С.В. БАРАБАНОВ,
секретарь оргкомитета Медико-биологической олимпиады,
руководитель Малого медицинского факультета
СПбГУ и СПбГДТЮ

Медико-биологическая олимпиада старшеклассников Санкт-Петербурга
«Человек и его здоровье»

Медико-биологическая олимпиада проводится в Санкт-Петербурге с 1997 г. Она организуется отделом биологии Санкт-Петербургского городского дворца творчества юных (СПбГДТЮ) и медицинским факультетом Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ). Олимпиада входит в структуру учебной программы Малого медицинского факультета СПбГУ и СПбГДТЮ.

Основная цель олимпиады – выявление и поддержка наиболее подготовленных школьников, желающих получить образование в сфере медико-биологических дисциплин.

Предметная область олимпиады: анатомия и физиология человека, цитология, биохимия, молекулярная биология, основы медицинских знаний. Все вопросы олимпиады непосредственно относятся к теме «Человек и его здоровье». Круг вопросов в основном соответствует темам программы по биологии для 9-го класса, углубленным за счет вопросов из курса общей биологии и смежных дисциплин. Кроме того, участники должны продемонстрировать понимание основных положений гигиены и базовые навыки оказания первой медицинской помощи.

В олимпиаде участвуют школьники 9–11-х классов. Участники отбираются на олимпиаду по направлению школ и учреждений дополнительного образования города. Персонально приглашаются дипломанты Медико-биологической олимпиады прошлого года, а также школьники, показавшие лучшие результаты на городской олимпиаде по биологии.

Победители Медико-биологической олимпиады среди 11-классников получают преимущество при поступлении на медицинский факультет СПбГУ при «полупроходном» балле. Школьники 9-х и 10-х классов, наиболее успешно выступившие на Медико-биологической олимпиаде, становятся слушателями Малого медицинского факультета СПбГУ и СПбГДТЮ, где получают углубленную подготовку к поступлению и обучению в медицинских вузах.

Медико-биологическая олимпиада проводится ежегодно в марте-апреле и включает в себя два тура: письменный и устно-практический. Далее в статье приводятся примеры заданий Медико-биологической олимпиады. Более подробно с материалами олимпиады можно познакомиться на Интернет-сайте Малого медицинского факультета: www.mmf.spb.ru.

Письменный тур

В письменном туре, как правило, принимает участие более 200 школьников. Задача тура – отобрать из них наиболее подготовленных для участия в устно-практическом туре.

Для правильного ответа на подавляющее большинство вопросов письменного тура требуется только информация, изложенная в базовых школьных учебниках по биологии (например, все задания на выбор правильного варианта ответа составляются на базе вопросов ЕГЭ).

Основные темы вопросов: анатомия и физиология человека (включая «зоологические» вопросы по сравнительной анатомии и физиологии), цитология, биохимия, молекулярная биология. Медицинская тема на письменном туре затрагивается мало – в основном с целью привлечь внимание школьников и педагогов к важным, но недостаточно освещенным в учебниках вопросам. То же касается некоторых биологических вопросов, выходящих за рамки школьной программы.

На письменном туре предлагаются задания нескольких типов. Мы считаем разнообразие форм заданий очень важной особенностью олимпиады. С одной стороны, программированный характер заданий позволяет сделать оценку знаний участников максимально объективной; с другой стороны, основное количество вопросов отличается от обычных тестовых «угадаек» и подразумевает серьезную и разнообразную интеллектуальную активность.

Ниже приводятся примеры заданий письменного тура разных лет с указанием правильных ответов и с некоторыми комментариями.

Отвечая на вопросы, надо иметь в виду, что все они относятся к здоровому взрослому человеку, который находится в условиях физического и психоэмоционального покоя (если это явно не противоречит формулировке вопроса).

Задания на выбор правильного варианта ответа

Выберите из предложенных вариантов ответа правильные. Правильных вариантов может быть от одного до трех (хотя бы один правильный вариант есть всегда).

Правильные ответы выделены курсивом.

1. В составе кожи встречаются ткани:

(А) – мышечная; (Б) – соединительная; (В) – нервная.

2. К факторам свертывания крови относятся ионы:

(А) – Fe²⁺; (Б) – Са²⁺; (В) – Na⁺.

3. Венозная кровь притекает к капиллярам:

(А) – гипофиза; (Б) – печени; (В) – плодной части плаценты.

4. В сердце человека столько же камер, что и в сердце:

(А) – удава; (Б) – крокодила; (В) – пингвина.

5. Во время общей паузы сердца:

(А) – кровь поступает в желудочки сердца; (Б) – полулунные клапаны открыты; (В) – кровь поступает в полые вены.

6. Автор бескровного метода измерения систолического и диастолического артериального давления:

(А) – Н.И. Пирогов; (Б) – С.П. Боткин; (В) – Н.С. Коротков.

7. У человека:

(А) – легкие более растяжимы, чем у птиц; (Б) – газообмен в легких происходит и на вдохе, и на выдохе; (В) – легкие участвуют в терморегуляции.

8. Функцию выделения осуществляют:

(А) – печень; (Б) – легкие; (В) – кожа.

9. Автономная нервная система регулирует функции:

(А) – мимических мышц; (Б) – дыхательных мышц; (В) – сердечной мышцы.

10. Не относится к слуховым косточкам внутреннего уха:

(А) – молоточек; (Б) – стремечко; (В) – уздечка.

Комментарий. Это вопрос-«ловушка»: обратите внимание, о каком отделе уха спрашивается в вопросе.

11. Изображение на сетчатке глаза:

(А) – перевернуто сверху вниз; (Б) – перевернуто слева направо; (В) – всегда цветное.

Комментарий. Подавляющее большинство школьников не смогли ответить правильно по пункту Б, хотя он очевиден.

12. При сахарном диабете содержание инсулина в крови может быть:

(А) – выше нормы; (Б) – ниже нормы; (В) – равно норме.

Комментарий. Примерно у 80% (!) больных сахарным диабетом содержание инсулина в крови равно или выше нормы.

13. Иммунная система ответственна за:

(А) – возникновение аллергических заболеваний; (Б) – защиту от злокачественных опухолей; (В) – несовместимость крови различных групп.

Комментарий. В современном понимании иммунитет – значительно более широкое понятие, чем защита от инфекций.

14. Имеет оптические изомеры:

(А) – глицин; (Б) – аланин; (В) – глюкоза.

15. Количество различных видов аминокислотных остатков в составе какого-либо белка может быть:

(А) – меньше 20; (Б) – равно 20; (В) – больше 20.

16. РНК находится:

(А) – в ядре; (Б) – в цитозоле; (В) – в митохондриях.

17. Для исследования кариотипа лучше всего подходят клетки, находящиеся:

(А) – в анафазе; (Б) – в интерфазе; (В) – в метафазе.

18. Путем митоза размножаются возбудители:

(А) – малярии; (Б) – сифилиса; (В) – бешенства.

19. Фермент может быть:

(А) – белком; (Б) – нуклеиновой кислотой; (В) – липидом.

Комментарий. Некоторые РНК обладают ферментативной активностью.

20. Нервная система образуется:

(А) – из мезодермы; (Б) – из энтодермы; (В) – из эктодермы.

21. ВИЧ поражает:

(А) – лимфоциты; (Б) – эритроциты; (В) – гемоглобин.

22. Кровососущие насекомые – переносчики болезней человека:

(А) – клещи; (Б) – слепни; (В) – вши.

Комментарий. Клещи – не насекомые; слепни могут переносчиками, например, туляремии и сибирской язвы.

23. Если у матери группа крови «0», то у дочери может быть группа крови:

(А) – А; (Б) – В; (В) – АВ.

Задания на знание значения терминов

Требуется объяснить значение нескольких биологических и медицинских терминов. При оценке ответа учитывается, в первую очередь, не формальная точность определений (для некоторых терминов они очень сложны), а указание наиболее важных моментов.

1. ВИЧ – вирус иммунодефицита человека.

2. ШОК – крайне тяжелое общее состояние организма, связанное с нарушением кровообращения в жизненно важных органах.

Комментарий. Частые ошибки: испуг, волнение, неожиданность, нервное потрясение и т.д.

3. КОНТРАЦЕПЦИЯ – предупреждение нежелательной беременности.

Комментарий. Некоторые старшеклассники (!) перепутали контрацепцию с концентрацией.

4. АППЕНДИЦИТ – воспаление червеобразного отростка.

Комментарий. Очень многие считают, что аппендицит – это, например, «ненужный хвостовой отросток с правой стороны».

5. АНАТОМИЯ – наука о внешнем и внутреннем макроскопическом строении живых организмов.

Комментарий. В подавляющем большинстве ответов воспроизводился стереотип «наука о человеке» с вариациями.

6. СТРЕСС – общая (неспецифическая) защитно-приспособительная реакция организма на различные повреждающие воздействия («общий адаптационный синдром»).

Комментарий. Частые ошибки – нервное напряжение, возбуждение и т.д.

7. LYSIS (греч.) – разрушение.

8. ЭКОЛОГИЯ – наука о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей средой (или наука о надорганизменных системах различных уровней).

Комментарий. К сожалению, в большинстве ответов говорилось о загрязнении или об охране окружающей среды.

Задания на знание строения химических веществ

Требуется указать тривиальные (а не международные) названия веществ, формулы которых представлены. Все вещества имеют, безусловно, большое значение в биохимии организма человека.

1. Назовите полимеры глюкозы:

2. С₆Н₁₂О₆ – гексоза (глюкоза, фруктоза, галактоза).

Комментарий. Подавляющее большинство школьников отвечали по стереотипу: «глюкоза». Правильным можно считать ответ: углевод.

3. NaHСО₃  – питьевая сода

Комментарий. Как ни странно, многие не смогли правильно ответить на этот вопрос.

Задания на знание численных значений

В этом задании требуется указать значение различных величин. При оценке ответа учитывается, что границы физиологической нормы условны.

Задания на установление соответствия

Укажите соответствующие друг другу позиции (правильные ответы отмечены знаком «+»).

Задания на установление причинно-следственных связей

Участнику предлагаются фразы, составленные из двух утверждений –А и Б, соединенных союзами «поэтому» или «потому что». Требуется оценить истинность каждого из утверждений, а также наличие между ними причинно-следственной связи. (Правильные ответы отмечены знаком «+»).

Задания на поиск закономерности

Идея задания заимствована из тестов определения уровня интеллекта. Требуется следующее: уловить закономерности, по которым построены данные обозначения понятий. При этом возможно наличие нескольких правильных ответов. Эти задания традиционно являются наиболее сложными для школьников.

Даны следующие обозначения:

Требуется обозначить:

клеточный центр,
эндоплазматическая сеть.

Решение.

Анализируя рисунки, приходим к выводу, что использованные обозначения имеют следующий смысл:

Следовательно, можно обозначить:

Задания на объединение понятий

Требуется объединить по какому-либо признаку три из предложенных четырех понятий и указать «лишнее» понятие, объяснив свой выбор. Правильные ответы выделены курсивом. В ряде заданий возможны несколько вариантов правильных ответов.

1. Холестерин – гликоген – гемоглобин – ДНК.

Комментарий. Остальные – полимеры.

2. Зрение – боль – обоняние – слух.

Комментарий. Для остальных ощущений имеются специализированные органы чувств.

3. Адреналин – тироксин – инсулин – тирозин.

Комментарий. Остальные – гормоны.

4. Желудочный сок – слюна – кишечный сок – желчь.

Комментарий. Остальные соки содержат пищеварительные ферменты.

Вариант: вычеркнуть желудочный сок, как имеющий кислую реакцию (остальные – щелочную).

5. Человек разумный – питекантроп – орангутан – горилла.

Комментарий. Остальные – ныне живущие виды.

Задания на работу с изображениями

Участнику предлагается 5–6 рисунков, изображающих те или иные структуры организма человека. Требуется дать название каждому рисунку в целом и его отдельным элементам. Требуется также найти грубую ошибку на одном из рисунков. Приводим пример именно такого рисунка с ошибкой.

Задания на расчет

Предметную область этих задач можно обозначить как биофизика и биоорганическая химия. По сути же они являются стандартными школьными задачами по химии и физике с биологическим содержанием. К сожалению, подобно задачам на поиск закономерностей, этот тип заданий оказался практически непосильно трудным для подавляющего большинства старшеклассников. Вместе с тем расчеты такого типа, как в этих задачах, составляют неотъемлемую часть биологии.

1. Человек поднимает груз массой 1 кг на высоту 35 см, как показано на рисунке. Оцените примерно, на сколько при этом увеличивается потребление кислорода двуглавой мышцей плеча, и какую силу она развивает? Считайте, что при совершении такой работы КПД = 20%, а вся энергия образуется в результате окисления глюкозы.

Решение

1) Работа по поднятию груза: А = m_грgh » 1 х 10 х 0,35 = 3,5 Дж.

2) Энерготраты: Е = А/КПД = 3,5/0,2 = 17,5 Дж.

3) Энергетическая ценность глюкозы q ~ 17,6 кДж/г, следовательно, масса окисленной глюкозы
m = E/q = 17,5/17600 ~ 1 мг.

4) Суммарное уравнение окисления глюкозы: С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6СО₂ + 6Н₂О + Энергия. Молярная масса глюкозы М = 180 г/моль, следовательно, для окисления 180 г глюкозы требуется 6 моль О₂, а для окисления 1 мг глюкозы требуется: (6х0,001)/180 = 3х10–5 моль О₂, или 3х10–5 х 22,4 л/моль = 0,67 мл О₂.

5) Расчет силы тяги (Fт) с учетом наличия рычага (см. рис.):

Fт/mg = ОБ/ОА » 8/1 (по рисунку) Ю Fт ~ 8 mg = 8 х 1 х 10 = 80 Н.

Комментарий. Ни один (!) школьник не указал на идею рычага, хотя о том, что скелет представляет собой совокупность рычагов, пишется в учебниках. Вместе с тем это ведь очень любопытно, что человек часто развивает силу, в несколько раз превышающую величину, необходимую для совершения какой-либо работы. Интересно также (и вполне доступно для школьников) установить биологическую целесообразность указанного обстоятельства.

2. Рассчитайте, какой максимальный объем кислорода (при нормальных условиях) можно растворить в 1 л крови, если содержание гемоглобина в ней 100 г/л. Относительная молекулярная масса гемоглобина примерно 64 000, растворимость кислорода в плазме крови примерно 2 мл О₂ на 1 л крови.

Решение

1) Одна молекула гемоглобина содержит 4 гема и может связать до 4 молекул кислорода: Hb + 4O₂ = Hb(O₂)₄.

2) Молярная масса гемоглобина 64 000 г/моль; 1 моль кислорода (при нормальных условиях) занимает 22,4 л (закон Авогадро).

3) Таким образом, 100 г гемоглобина могут связать: (100/64 000) х 4 х 22,4 = 0,14 л = 140 мл кислорода.

4) Общий объем кислорода, с учетом растворенного в плазме: 140 + 2 = 142 мл.

Устно-практический тур

На этом этапе в олимпиаде участвуют, как правило, около 60 школьников, наиболее успешно выступивших на ее письменном туре.
На устно-практическом туре школьники должны пройти три станции: «Общая биология», «Анатомия и физиология человека», «Основы медицинских знаний». На каждой станции участник олимпиады получает по два задания, в которых предлагается ответить на теоретические вопросы, а также выполнить практическое задание: определить и описать микроскопический препарат, указать структуры, обозначенные на рисунке или муляже, продемонстрировать некоторые навыки первой медицинской помощи.
Ниже приводится пример заданий одного из билетов устно-практического тура.

Станция «Общая биология»

1. Рассмотрите под микроскопом препарат и сделайте схематический рисунок увиденного. К какому типу относится ведущая ткань, представленная на препарате? По каким признакам вы ее определили? Каковы особенности строения тканей этого типа и составляющих их клеток в связи с выполняемыми функциями? Какие еще ткани видны на препарате?

Примечание. Участник получает гистологический препарат крови человека.

2. Составьте ответ по рисунку 1 а–с. В чем идея эксперимента, схема которого представлена на рис. 1А?

Рис. 1

Станция «Анатомия и физиология человека»

1. Опишите структуры, изображенные на рисунке 2.

Рис. 2

2. Покажите на макете основные отделы скелета человека. Используя макет, расскажите про особенности скелета, характерные для человека, и про их эволюционно-приспособительное значение.

Станция «Основы медицинских знаний»

1. Выполните повязку, представленную на рисунке 3. В каких случаях может потребоваться наложение такой повязки?

Рис. 3

2. Что такое клиническая смерть? Каковы ее признаки и как их определяют? Продемонстрируйте на манекене ваши действия при оказании помощи человеку в состоянии клинической смерти.