Задача 1

Почему в мякотных волокнах даже малого диаметра возбуждение распространяется достаточно быстро по сравнению с более, толстыми безмякотными волокнами?

Ответ. 
Нужно сравнить функционирование двух систем – «мякотное волокно» и «безмякотное волокно». Применяем правило САС. Какой элемент обеспечивает распространение потенциала действия вдоль любого волокна? Это «местный ток», возникающий между возбужденным и невозбужденным участками. Отличается ли этот элемент в рассматриваемых системах? Да. В безмякотном волокне указанные участки находятся рядом, а в мякотном – на некотором расстоянии друг от друга, так как местный ток может пройти через мембрану волокна только там, где отсутствует миелиновая оболочка т. е., в перехватах Ранвье. Поэтому в мякотных волокнах возбуждение движется скачками, сальтаторно – от перехвата к перехвату, что и определяет более быстрое распространение.

 

Задача 2

Для чего клеткам необходим кислород?

Ответ. 

Для обеспечения протекания различных химических реакций, в результате чего освобождается необходимая клеткам энергия.

Пусть Вас не смущает то, что некоторые вопросы могут показаться «детскими». Главное – последовательность рассуждений. Не стесняйтесь задавать себе подобные вопросы хотя бы мысленно. Они помогают прокладывать дорогу к цели.

А в рассматриваемом примере мы пришли к решению. Благодаря тому, что в эритроците нет ядра, он из того количества кислорода, которое «перевозит», потребляет лишь очень небольшую часть. Расчеты показывают, что при наличии ядра эритроцит потреблял бы в 200 раз больше кислорода. А что тогда доставалось бы бедным остальным клеткам! Еще раз восхитимся мудростью природы и подумаем о понятии «биологический смысл».

Примечание. Из полученного ответа возникают новые интересные вопросы. Раз в эритроците нет ядра, значит, не идет синтез белков в том числе и гемоглобина. К чему это должно приводить? А почему в несозревших окончательно эритроцитах ядро есть? Во всех клетках матричная РНК разрушается довольно быстро, а в созревшем эритроците сохраняется дольше. В чем физиологический смысл этого? Почему в крови иногда обнаруживаются эритроциты с ядрами? Попробуйте разобраться в этих хитростях самостоятельно.

 

Задача 3

В две пробирки поместили свежие порции одной и той же крови. В первой пробирке свертывание произошло медленней, чем во второй. Почему?

Решение. 

Точно так же, как и в предыдущем примере, мы должны построить узлы пересечения, рассуждая аналогичным образом. Однако, в данном случае мы не знаем, чем различались пробирки. Значит, нужно или выяснить это, или предположить, что в первой пробирки стенки были из плохо смачиваемого кровью материала, в частности, покрыты парафином, воском и т. п. Но возможны и другие варианты. 

Например, в первую пробирку кровь осторожно выпускали из пипетки на дно, а во вторую наливали по стенкам. В этом случае узлы пересечения несколько изменятся, но сущность происходящих в них процессов останется прежней.

 

Задача 4

У кальмаров и некоторых других головоногих моллюсков имеются гигантские аксоны. Их диаметр в сотни раз превышает таковой у обычных аксонов. Неслучайно именно на гигантских аксонах были проведены исследования, послужившие основой для разработки современной теории биопотенциалов. Очевидно, в ходе эволюции гигантские аксоны появились не потому что это очень удобный объект для ученых. В чем же истинная причина?

Ответ. 

В условии задачи упоминается система («кальмар») и один из элементов этой системы («гигантский аксон»). Взаимодействие с какой-либо другой системой в условие задачи не входит. Нас интересует функционирование элемента «гигантский аксон» в системе «кальмар». Значит, будем использовать правило АСФ. Теперь решим, на уровне какой системы целесообразно работать. Вспомните пример с большим пальцем руки. Если выяснять его значение на уровне системы «человек» или даже «рука», то найти решение будет весьма затруднительно.

Слишком много в этих системах элементов, не имеющих прямого отношения к большому пальцу. Так и в данном случае многие студенты, которым предлагали эту задачу, пытались начать с системы «кальмар» и соответственно выяснять, где кальмар живет, каковы особенности его строения и т.д. Но эта система слишком велика для элемента «аксон» и на таком уровне можно быстро и безнадежно запутаться. Какую же систему выбрать для последующей работы?

В условии задачи о такой системе ничего не говорится. Тогда придется задать ряд вопросов, чтобы получить необходимую дополнительную информацию. Такие вопросы нужно научиться ставить перед собой всегда при решении подобных задач. Они позволяют выделить ту минимальную систему, в которой наглядно проявляется функция интересующего нас элемента. Практика показывает, что обычно бывает достаточно задать от двух до четырех-пяти таких последовательных вопросов. Не более.

 

Задача 5

Как изменится величина кровяного давления при воздействии холода или тепла?

Ответ. 

Последовательность рассуждений такова. Под действием холода сосуды сузятся, линейная скорость кровотока возрастет, трение увеличится. Это приведет к увеличению сопротивления и давление увеличится. При действии тепла – обратная картина – сосуды расширятся, линейная скорость кровотока уменьшится, трение снизится и величина давления упадет. В результате снизится приток крови к сердцу. 

Если сердце не в состоянии усилить свою работу так, чтобы компенсировать эти сдвиги и поднять давление, то человек может почувствовать себя плохо, вплоть до обморока, что и происходит иногда в сауне или в горячей ванне.

Задача 6

В чем состоит функция реактивного органа кальмара?

Ответ. 

Этот орган обеспечивает защиту от опасности. Он выбрасывает облако чернильной жидкости, лишая врага видимости, а сам кальмар, как ракета, совершает резкий скачок в противоположном направлении.

Понятно, что реактивный орган должен срабатывать очень быстро, иначе его хозяин будет съеден. Но для того чтобы реактивный орган мог при появлении противника быстро сработать, он должен быстро получить соответствующую команду.

Теперь осталось найти связь между элементами, о чем мы уже много раз говорили. С одной стороны большой диаметр, с другой – необходима большая скорость проведения возбуждения.

 

Задача 7

В Италии есть так называемая «собачья пещера». Свое название она получила потому, что человек, находящийся некоторое время в этой пещере, остается невредимым, а собаки погибают. В чем причина?

Внимание! Попробуйте предложить эту задачу своим товарищам при условии, что ответ заранее им неизвестен. Можно не сомневаться, что решение будут искать путем беспорядочного перебора. «А может это?» «А может так?»

Кто-то догадается сразу, кто-то с третьей – четвертой попытки, кто-то вообще не догадается. Но вся беда в том, что даже самый удачливый не извлечет из своей догадки полезного опыта и следующую задачу опять начнет решать методом перебора. А на этот раз ему может и не повезти. Смысл и эффективность работы по правилам в том и состоит, что умеющий ими пользоваться просто обязан добиваться успеха. Разумеется, если правила «правильные». А теперь перейдем к решению нашего примера:

Решение. 

Итак, имеются две системы – «человек» и «собака» и две квазисистемы – «обычная среда» и «пещера». Система (квазисистема) «обычные условия» при пересечении с системами «человек» и «собака» никаких интересующих нас изменений не вызывает. А вот система (квазисистема) «пещера» вызывает гибель системы «собака», при пересечении с ней. Таким образом нам нужно проанализировать две ситуации.

Ситуация 2-1. Две системы «обычные условия» и «пещера» действуют на систему «собака» Результаты взаимодействия систем резко отличаются – нормальное состояние в одном случае и гибель в другом. Поскольку различия результатов известны, применим обратное правило АРР-ВС.

Ситуация 1-2. Система «пещера» пересекается одновременно с двумя системами – «человек» и «собака». Человек не страдает, а собака погибает. Понятно, что и здесь следует использовать обратное правило АРР-ВС. Приступим к делу.

Итак, рассмотрим ситуацию 2-1. Проанализируем элементы, характерные для системы «пещера». Это темнота, холод, возможность выделения газов, наличие боковых коридоров, сталагмиты и сталактиты, подземные реки и озера и т.д. Какие из этих элементов могут представлять опасность для жизни? Очевидно, холод, газы, подземные водные пространства. Эти элементы могут входить в узлы пересечения с какими-то элементами систем «человек» и «собака». Но от холода собака защищена лучше человека, возможность утонуть чисто случайна и не может угрожать только собакам. Остается действие газов.

Теперь перейдем к ситуации 1-2. Очевидно, что опасный для жизни газ попадает в организм только через органы дыхания. Тогда в узле пересечения оказываются элементы «вредный газ» и «нос». Наверно, Вам уже все стало ясно. Но иногда ситуация бывает весьма сложной и не удается сразу найти элемент, который входит в узел пересечения и определяет различия получаемых результатов. В таком случае целесообразно рассмотреть достаточно большое количество различий между сравниваемыми системами и попытаться найти среди них тот элемент, который может войти в узел пересечения и повлиять на получаемый результат.

Система «пещера» пока по непонятной для нас причине губительным образом влияет на собаку, но не на человека. Тогда начнем анализировать различия между этими системами. Поскольку наш пример носит тренировочный характер, постараемся перечислить побольше элементов, хотя некоторые из них вряд ли имеют отношение к обсуждаемым результатам.

Итак, каковы же эти различия?

	Человек	Собака
1.	Не имеет шерсти	Покрыта шерстью
2.	Двуногий	Четвероногая
3.	Говорит	Лает
4.	Высокого роста	Низкого роста
5.	Не имеет хвоста	Имеет хвост
6.	Всеядный	Не всеядная
7.	Обоняние слабее, чем у собаки	Обоняние очень острое
8.	Масса тела больше, чем у собаки	Масса тела меньше и т.д.

Теперь произведем несложный анализ. Конечно, дело не в наличии у собаки хвоста, шерсти, четырех ног и умения лаять. Главное – рост. Нос у собаки находится внизу, а у человека значительно выше. Остается только предположить, что токсичный газ тяжелее воздуха. Так оно и есть. В пещере выделяется углекислый газ, который скапливается внизу. В силу низкого роста собака оказывается в атмосфере углекислого газа и дышит им, что достаточно быстро приводит к параличу дыхательного центра. Спасти беднягу от гибели нетрудно. Достаточно взять ее на руки. Но для этого необходимо было предварительно решить задачу

 

Задача 8

В больницу поступил больной, отравившийся барбитуратами. При этой патологии резко понижается чувствительность нейронов дыхательного центра к углекислому газу. Врач решил назначить дыхание чистым кислородом. К чему это может привести?

Решение.

Нужно предсказать результат взаимодействия. Значит, применим прямое правило АРР-ВС. Итак, взаимодействуют системы «газы крови» и «дыхательный центр». Из системы «дыхательный центр» в узле пересечения находится элемент «нейроны центра». Точнее, «возбудимость нейронов». 

Из системы «газы крови» в узел пересечения следует включить элементы «углекислый газ» (избыток) и «кислород» (недостаток). Оба этих элемента взаимодействуют с элементом «возбудимость нейронов», вызывая возбуждение дыхательного центра. Теперь сравним узлы пересечения для здорового и больного человека. Разница в том, что у больного с отравлением в узле пересечения отсутствует элемент «избыток углекислого газа». 

Значит, у больного в отличие от здорового человека в узле пересечения остался только один раздражитель нейронов дыхательного центра – снижение количества кислорода в крови. При дыхании чистым кислородом и этот фактор будет устранен. В результате дыхательный центр не сможет возбуждаться, что создаст серьезную угрозу жизни больного.

Задача 9

Знаменитые горбы у верблюда содержат большие запасы жира – до 100-120 килограммов. В чем физиологический смысл этого? И почему жир запасен в горбах, а не под кожей, как у некоторых водных животных?

Решение.

О холоде, разумеется, речи быть не может – верблюд живет в пустыне. Здесь другая проблема – нехватка воды. Тогда будем искать полезную для организма связь между нехваткой воды и избытком жира в организме. Дело в том, что при окислении углеводов и, особенно, жиров образуется так называемая метаболическая вода. За ее счет верблюд может не пить 45 дней и при этом первые две недели нормально работать. Жиры дают больше воды, чем углеводы (почему?), поэтому запасаются именно они. А почему не под кожей как у водных животных? 
Для верблюда это было бы не только нецелесообразно, но просто гибельно из-за перегревания. У других пустынных животных тоже имеются скопления жира и, конечно, опять-таки не под кожей, а в определенных местах, например, у основания хвоста.

 

Задача 10

Для самых различных млекопитающих установлена математическая зависимость между диаметром аорты (d) и величиной систолического объема сердца (С), d = 0,013С (размерности не учитываются). Чем можно объяснить наличие такой универсальной зависимости?

Решение. 

Физиологический смысл данной зависимости сразу найти довольно трудно. Здесь потребуется привлечь на помощь не только физиологию, но и биофизику. Начнем с того, что при данном диаметре аорты увеличение систолического объема приведет к повышению линейной скорости кровотока. И наоборот, при данном систолическом объеме уменьшение диаметра аорты также вызовет повышение скорости кровотока. Следовательно, вопрос сводится к тому, что физиологически невыгодно, чтобы скорость кровотока превысила некоторый определенный предел. 

Почему? 

Вот здесь и потребуются сведения из биофизики или просто физики. Существует закон Рейнольдса, из которого, в частности, следует, что при достижении определенного уровня скорости течения жидкости или газа поток из ламинарного становится турбулентным. А при таком течении резко возрастает сопротивление.

Таким образом природа и здесь нашла оптимальный вариант – у всех млекопитающих аорта имеет такой диаметр, при котором течение крови не переходит в турбулентное и не возрастает нагрузка на сердце.

 

Задача 11

Исходя из принципа целесообразности, можно предсказать, что должны существовать только две группы физиологических механизмов, которые в конечном счете позволяют ему приспособиться к гипоксии любого происхождения. Какие же это механизмы?

Решение. 

Если денег маловато, есть только два выхода. Или как-то раздобыть дополнительное их количество, или научиться жить «по средствам». 

Так же действует и организм в условиях гипоксии. Или усиливается деятельность средств доставки кислорода – кровообращение, дыхание, дыхательная функция крови, или происходят изменения в тканях, позволяющие им существовать в среде с пониженным содержанием кислорода.

 

Задача 12

А что Вы думаете относительно содержания миоглобина в мышцах ныряющих животных?

Решение. 

После предыдущей задачи эту Вы должны решить, что называется, на ходу. 

Миоглобин – родной брат гемоглобина. Как показывает название, содержится он в мышцах. 

При восстановлении миоглобин, как и гемоглобин, отдает кислород. Когда ныряльщик, например, тюлень уходит под воду, то взять кислород из воздуха он уже не может. А мышцам кислород по прежнему нужен. 

Поэтому ясен физиологический смысл того, что в мышцах тюленя миоглобина в семь раз больше, чем, например, у быка, который, как известно, не ныряет. А в мышцах китов миоглобина еще больше.

 

Задача 13

У собак слюна выделяется только во время еды, а у человека постоянно. В чем физиологический смысл такого различия? Зачем нужна слюна, если во рту ничего нет?

Решение. 

В последнем вопросе условия содержится подсказка. Значит, слюна нужна не только для еды. После выхода организмов из воды на сушу у всех них появилась проблема борьбы с высыханием. Так, слеза защищает от высыхания роговицу глаза. Слюна делает то же самое по отношению к слизистой полости рта. 

Почему же человеку в отличие от собаки требуется непрерывная секреция слюны для защиты от высушивания? Потому что он значительно чаще открывает рот в связи с речевой артикуляцией. Речь сопровождается движением воздуха, что способствует подсыханию слизистых.

Для дополнительной тренировки попробуйте ответить самостоятельно на следующие вопросы.

Происходит ли непрерывная секреция слюны у человека в связи не только со звуковой, но и с мысленной речью?

Имеется ли такая особенность слюноотделения у глухонемых от рождения?

 

Задача 14

Глаз воспринимает всю видимую часть спектра. Но не видит тепловую, инфракрасную часть его. Не обделила ли нас природа? Ведь тогда мы могли бы ориентироваться в темноте. Разве это физиологически плохо?

Решение. 

У Вас уже достаточно опыта, чтобы понимать – если в ходе эволюции не появилось какое-то кажущееся полезным свойство, значит, этому мешали серьезные причины.

Свет воспринимают рецепторы сетчатки. Они находятся в глубине глаза. Прежде чем достигнуть сетчатки, свет проходит через роговицу, хрусталик и стекловидное тело. Эти образования, как и другие ткани тела излучают тепло. Поэтому, если бы глаз мог воспринимать инфракрасные лучи, то мы ничего не видели бы, кроме постоянной пелены перед глазами.

Задача 15

Некоторые рыбы имеют электрические органы. Возникающее в них напряжение может достигать 600 В. Немудрено, что возникающий при разряде такого органа ток может оказаться для жертвы смертельным. Однако столь высокое напряжение существует только в электрических органах пресноводных рыб. У обитателей же морей оно в 8-10 раз меньше. 

С чем это связано?

Решение. 

Для морских рыб физиологически нецелесообразно расходовать дополнительную энергию, чтобы повысить напряжение в электрическом органе. Ведь морская вода соленая и хорошо проводит ток. Поэтому и при относительно невысоком напряжении разрядный ток окажется достаточно сильным. 

Пресная же вода значительно худший проводник. Приходится увеличить напряжение, чтобы получить нужный эффект.

 

Задача 16

Два животных вступают в драку. Изменится ли у них свертываемость крови?

Решение.

Когда дерутся, применяя зубы и когти, весьма велика вероятность получить повреждение с последующим кровотечением. 

В ходе эволюции выработалась реакция, направленная на то, чтобы заранее подготовиться к такой опасности – при агрессивном столкновении свертываемость крови повышается. 

Это наглядный пример регулирования по возмущению.

 

Задача 17

Если закрыть глаза и катать двумя соседними неперекрещенными пальцами горошину, то возникает ощущение одной горошины. Если сделать то же, но перекрещенными пальцами, то возникает ощущение двух горошин. Такой опыт проделал еще Аристотель. Чем объясняется этот феномен и не противоречит ли он принципу целесообразности? Ведь мы получаем неадекватное ощущение?

Решение.

В первом случае раздражаются внутренние, соприкасающиеся поверхности пальцев. Во втором – наружные, не соприкасающиеся. В естественных условиях наружные поверхности двух соседних пальцев одновременно могут раздражаться только двумя предметами. Поэтому в мозгу и возникает соответствующее ощущение. Этот простой опыт еще раз иллюстрирует неоднократно упоминавшееся положение – если мы ставим организм в искусственные условия, то в них он работает по программам, которые сложились в естественных условиях в ходе эволюции.

 

Задача 18

В этой задаче Вы столкнетесь с поистине изощренным приспособлением, которое в ходе эволюции выработалось у симпатичных австралийских коала. Как известно, эти животные питаются исключительно листьями различных видов эвкалиптов. Но в сильную жару коала едят листья только одного определенного вида. Попытайтесь догадаться, почему.

Решение. 

Хотя в условии задачи не содержится никаких подсказок, но если рассуждать с позиций физиологического смысла, то можно прийти к правильному ответу хотя бы в общей форме. Чтобы противостоять жаре, нужно или увеличить теплоотдачу, или уменьшить теплопродукцию. Теплоотдача регулируется физическими механизмами, а теплопродукция – химическими. Листья могут служить источником каких-то химических веществ, но не физических процессов. Можно предположить, что листья определенного вида эвкалиптов содержат вещества, уменьшающие теплопродукцию. Избыточная теплопродукция в организме зависит, в частности, от действия простагландинов. И хотя коала не изучали физиологию, но инстинкт, выработанный в ходе эволюции, заставляет их поедать именно те листья, которые содержат вещества, угнетающие выработку простагландинов.

 

Задача 19

Попробуйте объяснить физиологический смысл следующего любопытного опыта. Если сидящей в клетке обезьяне показывать пищу и постепенно приближать ее к клетке, то слюноотделение у животного будет увеличиваться более или менее плавно. Но, когда расстояние до пищи составит примерно сорок сантиметров, происходит скачкообразное усиление слюноотделения. 

Почему?

Решение. 

В естественных условиях обезьяна, увидев пищу, стремится ее схватить. Для этого до пищи нужно дотянуться рукой. А сорок сантиметров – это примерно длина вытянутой руки. 

В ходе эволюции в мозгу животных закрепилось соотношение между данным расстоянием и возможностью схватить и съесть. Поэтому, если даже обезьяна, находясь в клетке, не может достать пищу, все равно срабатывает закрепленный тысячелетиями механизм и слюноотделение резко увеличивается.

 

Задача 20

Первые многоклеточные животные не имели ни жабр, ни легких и дышали всей поверхностью тела. Когда появились более высокоорганизованные организмы, то, хотя все они приобрели особые органы дыхания, способность дышать кожей сохранилась. Некоторые участки кожи по интенсивности дыхания даже превосходят легкие. Почему же все-таки эволюция пошла по пути создания специализированных органов дыхания?

Решение. 

С помощью правил системного подхода решение находится сразу же. Но это у нас еще впереди. А пока будем исходить из того, что все возникшее в эволюции биологически целесообразно. Почему легочное дыхание эффективнее кожного? Не из-за каких-то особых свойств легких. 

Преимущество в другом. 

Общая поверхность кожи у человека составляет 1,5 – 2 м². А, если развернуть все сотни миллионов альвеол легких, то суммарная их поверхность, через которую происходит газообмен, окажется примерно в 50 раз больше – 90-100 м². Именно в очень большой дыхательной поверхности и состоит преимущество легочного дыхания.

 

Задача 21

Когда миллионы лет назад организмы вышли из воды на сушу, то одна из самых первых задач, которая встала перед ними, состояла в защите от высыхания. Неслучайно роговица увлажняется слезой, слизистые полости рта – слюной, кожа – потом. Внутренняя поверхность альвеол в легких тоже покрыта очень тонким слоем жидкости. Это хорошо. Но альвеолы постоянно содержат воздух. На границе «газ – жидкость» всегда возникает поверхностное натяжение. Величина его такова, что альвеолы должны были бы спадаться и не могли бы растягиваться. Что же делать? Без жидкости – высыхание, с жидкостью – большое поверхностное натяжение.

Решение. 

Ответ Вам скорее всего известен. Но при разборе данной задачи Вы должны прежде всего лишний раз задуматься над тем, сколь разнообразны выработанные в ходе эволюции приспособления, которые позволяют организмам сохранять полезные для них структуры и процессы и при этом компенсировать полностью или частично свойственные этим структурам или процессам недостатки. 

В данном случае эволюция пошла по такому пути. Если убирать жидкость с поверхности альвеол нельзя, то невозможно и избавиться от поверхностного натяжения. Но можно значительно уменьшить его. 

В легких пневмоциты второго типа вырабатывают поверхностно – активное вещество, которое содержится в слое жидкости, покрывающей внутреннюю поверхность альвеол, и снижает поверхностное натяжение в 10 раз. Так природа в очередной раз преодолела возникшие затруднения. Но в то же время появилась возможность заболеваний, связанных с нарушениями в сурфактантной системе. А сурфактант – это и есть то вещество, о котором шла речь.

 

Задача 22

У человека пищеварение в толстой кишке практически отсутствует. Однако эта часть кишечника у многих наземных животных хорошо развита. С чем такая особенность связана?

Решение. 

Низкий уровень ферментативной активности в толстом кишечнике выработался в ходе эволюции и связан с тем, что поступающий сюда химус содержит уже очень мало непереваренных пищевых веществ. А вот для второго вопроса ключевое слово – «наземных». После выхода животных на сушу первостепенное значение приобрела проблема сберегания воды. 

В толстом же кишечнике всасывается До 95 % поступившей в него (главным образом с пищеварительными соками) воды. 

При холере, когда всасывание воды в толстом кишечнике резко нарушается и начинается профузный понос, может наступить смерть от жесточайшего обезвоживания организма.

 

Задача 23

У грудных детей раннего возраста поступление избыточных количеств воды мажет вызвать водную интоксикацию, введение солей часто приводит к отеку, избыток белка вызывает азотемию – увеличение содержания азота в крови.

Почему все это происходит?

Решение. 

Совершенствование функций происходит не только в филогенезе, но и в онтогенезе. 

У новорожденных почки функционально еще не созрели полностью. Поэтому в отличие от почек взрослых они не справляются с повышенными нагрузками.

 

Задача 24

Как доказать значение рецептивного поля в возникновении рефлекторной реакции?

Решение. 

Рецептивное поле – это элемент системы «рефлекторная дуга». Один из способов доказательства того, что какой-либо элемент необходим для функционирования системы в целом состоит в удалении этого элемента из системы. Поэтому в нашем случае проверочный опыт может выглядеть, например, таким образом. 

Вызовем у лягушки простейший сгибательный рефлекс. Для этого можно опустить стопу одной из лапок в слабый раствор кислоты. 

В ответ на раздражение лягушка отдернет лапку. Рецепторы сгибательного рефлекса заложены в коже. Чтобы выполнить условие задачи, исключим рецептивное поле. Снимем кожу со стопы и повторим опыт. Теперь при опускании лапки в кислоту рефлекс не возникает.

 

Задача 25

Как доказать специфичность рецептивных полей?

Решение.
Для ответа удобно воспользоваться предыдущей задачей. Когда лапку лягушки со снятой кожей опускают в кислоту, то этот раздражитель действует уже не на кожу, а на мышцы. Однако сгиба тельный рефлекс при этом не возникает. Почему? Потому что в мышцах нет соответствующих рецептивных полей. При действии кислоты можно наблюдать подергивание различных участков мышцы, но это ответ на прямое раздражение. Его можно вызвать и на изолированной мышце. 
В то же время мышца отвечает рефлекторным сокращением на растяжение (например, хорошо всем известный коленный рефлекс), потому что в ней имеются рецепторы растяжения, образующие соответствующее рецептивное поле. Но сколько бы мы ни растягивали кожу (не вызывая болевого раздражения), мышцы при этом не сократятся, потому что в коже в отличие от мышц нет рецептивных полей, отвечающих на растяжение. И уж совсем просты доказательства житейского характера. Например, чтобы вызвать чихательный рефлекс можно пощекотать перышком в носу, но уж никак не подмышкой или в ухе.

 

Задача 26

Изучают в эксперименте на лягушке влияние раздражения корешков седалищного нерва на сокращения отдельных групп мышц. Каждый корешок при этом предварительно отделяют от спинного мозга. Зачем?

Решение. 

Нам необходимо установить влияние каждого корешка именно на данную группу мышц. Седалищный нерв смешанный и, следовательно, содержит и чувствительные, и двигательные волокна. 

Если корешок не перерезать, то импульсы пойдут не только к иннервируемым этим корешком мышцам, но и по чувствительным волокнам в спинной мозг, что может вызвать рефлекторные сокращения совсем других мышц. 

Результат опыта будет искажен.

 

Задача 27

Отряхивательный рефлекс у собаки возникает при механическом раздражении кожи спины. В лабораторном эксперименте у животного вызывали этот рефлекс, обливая спину водой. После каждого отряхивания собаку «награждали», подкрепляя это действие пищей. После повторения нескольких опытов собака начала сама выпрашивать еду. Каким образом?

Решение. 

Недаром собака работала в физиологической лаборатории.

Получение пищи связалось с отряхивательным рефлексом. Поскольку это рефлекторная реакция, то произвольно вызвать ее нельзя. Нужно раздражать кожу. Бассейна, в который можно окунуться, разумеется, поблизости не было. Но собака наловчилась залезать под диван и тереться спиной об его край. Затем быстро выскакивала, отряхивалась и получала честно заработанную награду.

Задача 28

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.

 

Задача 29

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.

Задача 30

У животного раздражают рецепторы кожи и вызывают двигательный рефлекс. После этого ему вводят определенный препарат и повторяют опыт. Теперь рефлекс не возникает. Существуют два мнения по этому поводу: а) препарат блокирует передачу возбуждения в центральных синапсах; б) то же, но в мионевральных синапсах. Как установить истину?

Решение. 

Необходимо найти «слабое звено» т.е., элемент, с которым связан изучаемый эффект. Построим систему «рефлекторная дуга». Теперь нужно определить элемент, который воспринимает действие введенного препарата. Если раздражать афферентный нерв, ответа не будет. 

Но неясно, где возник блок – в центральных синапсах или в мионевральных. Если раздражать непосредственно мышцу, она сократится. Но в этом случае мы «обходим» и те, и другие синапсы и ответ снова неясен. Нужно раздражать двигательный нерв, входящий в соответствующую рефлекторную дугу. 

Если сокращение произойдет, значит, препарат блокировал центральные синапсы; Если сокращения не будет, то становится очевидным, что выключены мионевральные синапсы.

 

Задача 31

Если морской свинке влить в одно ухо несколько капель хлороформа, то она в течение некоторого времени утрачивает способность двигаться прямолинейно и совершает движения по кругу. Если у мезенцефального животного, например, кошки разрушить вестибулярный аппарат и положить ее на бок на твердую поверхность, то возникает выпрямительный рефлекс – сначала рефлекторно поворачивается (выпрямляется) голова, а вслед за этим выпрямляется туловище. Однако, если на животное, лежащее на боку, положить сверху доску с небольшим грузом, то выпрямительный рефлекс не возникает. Что общего в рассмотренных реакциях морской свинки и мезэнцефальной кошки?

Решение. 

Почему выпрямляется лежащее на боку мезэнцефальное животное? Это происходит вследствие возбуждения рецепторов вестибулярного аппарата, на которые действует неестественное направление силы тяжести. Если вестибулярный аппарат разрушен, то выпрямительный рефлекс возникает за счет одностороннего раздражения кожных рецепторов. При этом сначала выпрямляется голова, а затем происходит раздражение рецепторов шейных мышц, что влечет за собой рефлекторное выпрямление туловища.

Почему движется по кругу морская свинка, которой в одно ухо закапали хлороформ? Потому что происходит одностороннее выключение вестибулярного аппарата после проникновения хлороформа в полукружные каналы. Что общего между рассмотренными двумя ситуациями? В каждом случае животное стремится придать своему телу такое положение, при котором сигналы от рецепторов, реагирующих на положение тела в пространстве, уравниваются (как от левой, так и от правой половины). Если такое выравнивание достигается (естественным или искусственным путем), то дальнейшее изменение положения тела прекращается. Если же преобладают сигналы с одной стороны, то продолжаются поиски положения тела, при котором произойдет выравнивание.

 

Задача 32

Еще раз напомним – один из основных принципов регуляции функций организма состоит в том, что в каждый данный момент в первую очередь обеспечивается та функция, которая является наиболее важной именно в данных условиях. А теперь попробуйте объяснить, почему при интенсивной мышечной работе может резко уменьшиться образование мочи?

Решение. 
Эта задача имеет большое значение для понимания принципов регуляции. Поэтому остановимся на ней подробней. При мышечной работе возбуждается СНС. Выделяется А, который стимулирует самые различные реакции. 
Под влиянием метаболитов, в первую очередь углекислого газа, сосуды работающих мышц расширяются и они получают больше крови. А действует на бэта-рецепторы в коронарных сосудах сердца и кровоснабжение сердца также увеличивается. Автономная регуляция мозгового кровообращения обеспечивает сохранение его на постоянном уровне. Таким образом мышцы, сердце и мозг в условиях физической нагрузки работают в оптимальном режиме кровоснабжения. 
Но количество крови ограничено. Поэтому приходится соблюдать режим экономии. Это достигается тем, что выделившийся А суживает сосуды внутренних органов и их кровоснабжение временно ухудшается. В почках это может привести к прекращению диуреза. Казалось бы такая реакция не очень приятна для организма. Но, когда заяц убегает от волка, то для спасения жизни решающую роль играют мышцы и сердце, а не печень, почки или желудок. Поэтому системы регуляции и обеспечивают в первую очередь важнейшую в данных условиях функцию. Всегда помните об этом.

 

Задача 33

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.

 

Задача 34

В кровь животного ввели некоторое количество адреналина. Через 40 минут взяли у него порцию крови, подвергли ее ультрафильтрации и затем провели определение адреналина в ультрафильтрате. Удалось ли его обнаружить?

Решение. 

Правило АСФ. В задаче содержится информация о времени, после истечения которого был сделан анализ, и о дополнительном приеме – ультрафильтрация. Какая существенна, а какая избыточна? Адреналин быстро исчезает из крови. Период полураспада 1-3 минуты. 

Значит, через 40 минут от введенной дозы практически ничего не останется. Ультрафильтрация же освобождает раствор от крупных, в первую очередь белковых молекул. Адреналин к таковым не относится. Поэтому данная информация избыточна. 

Будем надеяться, что теперь у Вас уже накопился достаточный опыт для того чтобы перейти к самостоятельному решению аналогичных задач.