XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Исследование эритроцитов крови человека
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
В данной работе представлено знакомство с клетками крови – эритроцитами, способами их подсчёта и обозначена их роль в организме человека.
Актуальность работы:
Содержание необходимого количества эритроцитов в крови очень важно для мониторинга состояния здоровья человека. Подсчёт клеток кровиможно произвести при помощи дорогостоящего анализирующего оборудования (роботизированных машин), а можно и «вручную» – при помощи камеры Горяева и микроскопа. Этот метод менее затратный, но более трудоёмкий по сравнению с автоматическим методом. Для исследования крови на роботах-анализаторах нужны дорогостоящие приборы и реактивы. При условиях недоступности по каким – либо причинам дорогостоящего оборудования, подсчёт эритроцитов в камерах Горяева производится по сей день и считается резервным методом подсчёта клеток.
Почему я выбрал именно эту тему: «Исследование эритроцитов крови человека».
Данная тема заинтересовала меня некоторое время назад при прохождении профилактического медицинского осмотра. Врач выдал мне направление на общий клинический анализ крови, и в одной из первых граф я увидел слово «эритроциты». Затем я поинтересовался у учителя биологии, что такое эритроциты, можно ли их увидеть в микроскоп и посчитать. Учитель рассказала мне, что это клетки крови и существует несколько методов их подсчёта. Поэтому я решил взять кровь в качестве объекта исследования, а именно - эритроциты, изучить информацию о них и способах их подсчёта в «полевых условиях» без использования специального дорогостоящего оборудования и реактивов и поставил перед собой цель.
Цель работы: изучить эритроциты крови человека.
Задачи исследования:
1. Проанализировать качественные и количественные характеристики эритроцитов.
2. Изучить устройство камеры Горяева и освоить методику её использования.
3. Провести исследование крови.
4. Сделать выводы по результатам исследования.
5. Разработать памятку по работе с камерой Горяева и пособие по определению эритроцитов в крови человека с помощью камеры Горяева.
Предмет исследования: эритроциты крови человека.
Объект исследования: капля крови человека.
Гипотеза: эритроциты крови можно увидеть в микроскоп, посчитать их, и сделать это возможно без использования дорогостоящих гематологических роботов-анализаторов.
Методы исследования:
В данном исследовании применялись следующие методы:
- метод наблюдения;
- метод описания, фотографирования, счёта;
-аналитический метод (анализ, сравнение и обобщение полученной информации из различных источников);
-эмпирический метод (опыты).
Продукт проекта: Памятка по работе с камерой Горяева; пособие «Подсчёт эритроцитов при помощи камеры Горяева»
Практическая значимость: Данное пособие можно использовать на уроках биологии при изучении темы: "Кровь и остальные компоненты внутренней среды организма" в 8 классе, а также на внеурочной деятельности школьников среднего звена.
Перспективы: изучить химический состав крови человека.
Глава 1. Обзор литературы.
1.1 Что такое эритроциты? Для детального изучения данной темы я обратился к различным научным источникам информации. Что представляют собой эритроциты? Данный термин произошел от 2-ух слов «erythos» и «kytos», что в переводе с греческого языка означает «красный» и «вместилище, клетка». Эритроциты представляют собой красные кровяные тельца крови человека, позвоночных, а также некоторых беспозвоночных животных, на которые возложены важные и весьма разнообразные функции. Я выяснил, что эритроциты - это компонент крови. Кровь на 55 % состоит из плазмы (желтовато-белая жидкость, которая в свою очередь состоит в основном из воды, а также различных белков, солей, микроэлементов и витаминов) и на 45 % из клеток, которые называют кровяными тельцами или кровяными клетками [1,2]. Больше всего в крови человека содержится эритроцитов, которые также называют красными кровяными тельцами или красными клетками крови (Рисунок 1). Они составляют 99 % из всех клеток крови. Каждый вид клеток в крови можно посчитать.
Рисунок 1. Состав крови
1.2 История изучения эритроцитов.
Первооткрывателем эритроцитов обычно считается Антони ван Левенгук. На самом деле он не был первым, кто наблюдал в крови «красные частицы», зато его наблюдения были более длительными и подробными, чем его предшественников – Мальпиги и Сваммердама. В настоящее время кровь анализируют автоматические машины-роботы [3,4].
1.3 Устройство камеры Горяева.
Лабораторная камера Горяева (Рисунок 2), названная в честь русского врача, профессора Казанского университета Горяева Н.К., является специальным монолитным предметным стеклом, предназначенным для подсчета количества клеток в заданном объеме жидкости. Сетка камеры представляет собой квадрат площадью 9 мм2, который разделен на 225 больших квадратов (15 – по вертикали, 15 – по горизонтали), имеющие различный рисунок: часть из них расчерчена только поперечными линиями, часть – только продольными, а 25 больших квадратов разделены на 16 малых квадратов. Кроме того, в 100 больших квадратах исчерченность отсутствует. Они собраны в группы по четыре, всего в сетке 25 групп пустых квадратов. Если условно поделить всю сетку на малые квадраты, то их количество составит 3600. Сторона малого квадрата равна 1/20 мм, его площадь 1/400 мм2 [5].
Рисунок 2. Камера Горяева.
1.4 Строение и образование эритроцитов.
Зрелые эритроциты (нормоциты) представляют собой безъядерные клетки в форме двояковогнутого диска диаметром 7—8 мкм. Эритроциты образуются в красном костном мозге (Рисунок 3), откуда попадают в кровь в незрелом виде и достигают окончательной дифференцировки через 1—2 дня после выхода в кровоток. Отслужившие и повреждённые эритроциты фагоцитируются макрофагами селезёнки, печени и костного мозга. [2].
Рисунок 3. Образование эритроцитов
1.5 Функции и роль эритроцитов в организме человека.
Газообменная («дыхательная») – перенос кислорода и углекислого газа, обеспечивается наличием в эритроцитах гемоглобина – железосодержащего кислород-связывающего пигмента (Рисунок 4). Транспортная – участвуют в транспорте аминокислот, гормонов, антител, лекарств и других веществ. Защитная – связывают токсины за счет присутствия на их поверхности специальных веществ белкового происхождения. Регуляция кроветворения - обеспечение железом процессов образования гемоглобина в красном костном мозге, участвуют в свёртывании крови. Железо выделяется при разрушении старых эритроцитов. Ферментативная: являются носителями различных специфических белковых катализаторов. Принимают участие в водном, солевом обмене, регулируют кислотность крови. На поверхности эритроцитов находятся антигены — групповые признаки крови. [6,7]. Границы нормы эритроцитов различаются в зависимости от пола, возраста и других особенностей и варьирует в пределах (2,7-5,6) х 10*12 г/л.
Рисунок 4. Газообмен в лёгких человека
Вывод по литературному обзору:
Изучив строение, функции и роль эритроцитов, я понял, что строение эритроцитов идеально соответствует выполняемой ими функции переноса газов, благодаря мелким размерам, а значит, огромному количеству в крови, двояковогнутой форме, отсутствию в зрелых клетках ядер.
Степень изученности темы:
Данная тема изучена довольно подробно, однако количественный метод изучения эритроцитов при помощи камеры Горяева на сегодняшний день используется крайне редко в силу его трудоёмкости и наличия более современных методов исследования. Тем не менее данный метод остаётся востребованным, так как далеко не в каждом медицинском учреждении имеются более современные методы анализа клеток крови (Фото 1)
Фото 1. Автоматический анализатор крови.
Личный вклад автора: мною проведено исследование и анализ качественных и количественных характеристик эритроцитов; изучено устройство камеры Горяева и освоена методика её использования; произведен подсчёт эритроцитов крови при помощи камеры Горяева и микроскопа; сделаны выводы по результатам исследования; разработана памятка по работе с камерой Горяева и пособие по исследованию эритроцитов при помощи камеры Горяева для внутришкольного пользования, которое может использоваться обучающимися на уроках биологии и внеурочной деятельности.
Глава 2. Основная часть.
Проверка гипотезы количественным методом определения эритроцитов в крови при помощи камеры Горяева.
На базе «Государственного научного центра прикладной микробиологии и биотехнологии» я осуществил микроскопию капли крови в камере Горяева. Произвёл подсчёт эритроцитов в г/л крови при помощи формул. Сделал фотографии увиденного под микроскопом.
Опыт №1. Подсчёт эритроцитов под микроскопом при помощи камеры Горяева.
1. Организационная часть. Оснащение: Реактивы. 4мл 0,9 % раствор хлорида натрия. Специальное оборудование: 1. Счетная камера Горяева. 2. Микроскоп.
2. Научно-исследовательская часть.
2.1 Подготовительные работы и забор крови. Поместил стекло камеры Горяева под объектив микроскопа и рассмотрел сетку камеры под большим и малым увеличением. Подсчет проводил под малым повышением микроскопа (объектив ×8, окуляр ×10 либо ×15), конденсор должен быть опущен, а диафрагма закрыта.
2.1.1 Подготовка камеры Горяева. Подготовил счетную камеру: обезжирил при помощи 70% спирта и протёр насухо камеру с сеткой и покровное стекло, затем покровное стекло притёр к камере до появления радужных колец (кольца Ньютона) - необходимо наложить так, чтобы оно покрыло обе боковые и среднюю пластинки. Так как боковые пластинки выше средней, между нею и покровным стеклом остается щель. Это и есть камера, в которую заливают разведенную кровь. Налил 4 мл 0,9 % раствора натрия хлорида в рабочую пробирку для разбавления эритроцитов.
2.2 Забор крови. Подготовка к анализу стандартная: забор крови производился утром натощак, последний приём пищи за 10 ч. Забор крови у моего папы (в количестве 200мкл) в пипетку осуществлял медицинский работник. Далее он погрузил кончик пипетки в 0,9 % раствор натрия хлорида и разбавил кровь в 200 раз (4мл физиологического раствора хлорида натрия плюс 20 микролитров крови).
2.3 Заполнение камеры.Далее я осторожно перемешал раствор крови в пробирке, вращая ее между ладонями в течение 2 мин (как показал медицинский работник), и каплю раствора поместил в камеру. Разведенную кровь нанёс на среднюю пластинку камеры пипеткой, помещая ее около края покровного стекла. Раствор зашёл под покровное стекло в камеру и заполнил её. Я подождал 1-2 мин, пока перемещение жидкости в камере не закончится.
2.4 Микроскопирование.При малом увеличении микроскопа нашёл сетку камеры. Перевёл микроскоп на большое увеличение и начал подсчет эритроцитов. Нашёл верхний левый край сетки. Счёт осуществлял в 5 больших квадратах, поделённых на 16 малых, т. е. в 80 малых квадратах. Лучше всего считать эритроциты в квадратах, которые помещаются по диагонали поля зрения.
2.5 Подсчёт эритроцитов.Во время подсчета эритроцитов надо помнить правило Егорова: в маленьких квадратах считать те клетки, которые помещаются как внутри квадрата сетки, так и на его верхней и левой гранях. Это нужно для того, чтобы дважды не считать эритроциты, которые находятся на сторонах сопредельных квадратиков.
По моим подсчётам в 80-ти маленьких квадратах 470 эритроцитов. Подставляем это число в формулу, указанную в Памятке по использованию камеры Горяева. (Приложение 1).
Таким образом я определил, что количество эритроцитов в крови моего папы: 4,7*1012 г/л., что является нормой для мужчин. Существует специальный протокол исследования, в котором врачи-лаборанты отображают результат расчёта.
2.6 Завершение работы. После работы с камерой Горяева я погрузил её в 70%-ый раствор этилового спирта на 30 минут, после чего промыл камеру дистиллированной водой и протёр мягкой салфеткой. Камера должна храниться в сухом месте.
Глава 3. Заключение.
Результаты: я рассмотрел эритроциты под микроскопом в камере Горяева и произвёл их подсчёт. На основании увиденного в микроскоп я сделал фотографии.
Вывод по основной части: в результате проведённого исследования я проанализировал качественные и количественные характеристики эритроцитов; изучил устройство камеры Горяева и освоил методику её использования; провёл исследование крови; сделал выводы по результатам исследования; разработал памятку по работе с камерой Горяева.
Заключение: моя гипотеза подтвердилась, эритроциты можно увидеть под микроскопом и посчитать их при помощи камеры Горяева без использования дорогостоящих роботов-анализаторов.
Список использованных источников и литературы.
1. Клиническая лабораторная диагностика: учебно-методическое пособие / Д.Ю. Соснин, В.В. Базарный, И.А. Булатова // – Пермь, 2021. – 191 с. ISBN 978-5-398-02562-0
2. Пасечник, В.В., Биология: 8 класс: учебник для общеобразоват. учреждений под ред. В. В. Пасечника / В.В. Пасечник, А.А. Каменский, Г.Г. Швецов // Просвещение. – 2020. – С. 255. ISBN 978-5-09-018548-6.
3. Стуклов, Н.И.: учебник по гематологии / Н.И. Стуклов, Г.И. Козинец, Н.Г. Тюрина // — М.: Практическая медицина, 2018. — 336 с. ISBN 978-5-98811-492-5
4. Наука и жизнь. [Электронный ресурс]
URL:https://www.nkj.ru/archive/articles/42664/
(дата обращения 16.12.2022г)
5. Форменные элементы крови. [Электронный ресурс]
URL:https://www.grandars.ru/college/medicina/formennye-elementy-krovi/ (дата обращения 16.12.2022г. )
6. Bessis, M. Discovery of the red blood cell with notes on priorities and credits of discoveries, past, present and future. / Bessis M., Delpech G. // Blood Cells. –1981. – V. 7(3). P. 447-80. PMID: 7039723
7. Ruestow, E.G. The Microscope in the Dutch Republic: The Shaping of Discovery 1st Edition. Cambridge University Press. –1996. –P. 364. ISBN 978-0521470780
Приложение 1. Памятка по подсчёту эритроцитов в камере Горяева.
Принцип метода: подсчёт клеток под микроскопом в определённом количестве квадратов счётной сетки и перерасчёт на 1 мкл крови (или на 1 л по системе СИ), исходя из объёма квадратов и разведения крови. В качестве разводящей жидкости для подсчёта эритроцитов используют 0,9%-й (изотонический, или физиологический) раствор хлорида натрия (также можно использовать 0,85–3%-й раствор). В пробирку с 4 мл раствора хлористого натрия вносят 0,02 мл (20 мкл) крови, таким образом, кровь разводится в 200 раз. Содержимое пробирки аккуратно, но тщательно перемешивают и заполняют камеру Горяева. Через 1– 2 минуты проводят микроскопирование при малом увеличении (например, объектив 8х, окуляр 10х), приподнятым конденсором и закрытой диафрагмой. Эритроциты подсчитывают в 5 расположенных по диагонали сетки больших квадратах, которые разделены на малые, т. е. в 80 малых квадратах и далее производят расчёт по формуле:
X = 470*4000*200/80*106 ; где Где X — количество эритроцитов в 1 мкл; а — количество эритроцитов в 80 маленьких квадратах; 80 - количество подсчитанных маленьких квадратов (5*16=80); 200 — степень разведения крови; 4000 -множитель, который приводит результат объема в 1 мкл крови, поскольку объем маленького квадратика составляет 1/4000 мм. Для определения количества эритроцитов в литре, полученную цифру умножают на 106.