XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование волос

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Павлов К.Г. 1

---

1МБОУ «2 Мальжагарская СОШ им. М.Е. Васильевой»

Павлова А.П. 1

---

1МБОУ «2 Мальжагарская СОШ им. М.Е. Васильевой»

Работа в формате PDF

0.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Цель работы: наблюдать волосы под микроскопом

Задачи:

1. Изучение литературы по данной теме;

2. Наблюдение волос под школьным микроскопом в условиях школьной лаборатории;

3. Наблюдение волос под электронным микроскопом в условиях лаборатории СВФУ.

Методы исследования: наблюдение, эксперимент, измерения, сравнение, анализ данных.

Объект исследования: волосы

Предмет исследования: поверхность волос при увеличении

Актуальность: в последнее время количество учащихся с сединой увеличивается. Захотелось бы побольше узнать о волосах, структуре волос, наблюдать седые волосы, черные волосы и окрашенные волосы под микроскопом и сравнить результаты исследования.

1. Теоретическая часть

1.1.Волосы – важная составляющая внешнего облика человека. Структура волоса – это сложная система со своим особенным устройством, циклом жизни и потребностями. Условно его разделяют на 2 части: 1)видимую (волосяной стержень); 2)невидимую (корень).

Стержень волоса - это его видимая часть, торчащая над поверхностью кожи и создающая неповторимый облик каждого из нас. Корень волоса находится в дерме, в особом углублении - волосяном мешочке. В совокупности с окружающими его тканями образует волосяной фолликул (волосяную луковицу). Эти ткани формируют наружное и внутреннее корневые влагалища и волосяно - железистый комплекс (сальная и потовая железы, мышца, поднимающая волос, кровеносные сосуды и нервные окончания). Мы рождаемся на свет с определённым количеством таких фолликулов, величина эта генетически запрограммирована, и тут уж ничего изменить нельзя.

Нижняя расширенная часть корня волоса называется « луковица». Именно за счёт неё происходит рост волоса, а также образование и формирование новых волос. В луковицу вдаётся волосяной сосочек, содержащий кровеносные сосуды, через которые и обеспечивается её питание.

Волосяной фолликул является уникальным мини - органом, который играет важную роль в процессе роста волос. В волосяной мешочек выводятся протоки сальных желёз, которые своим секретом смазывают волос, придавая ему эластичность, гибкость и блеск. Поэтому внешний вид и здоровье волос напрямую зависят от работы сальных желёз. Если жира мало, то волосы будут сухими, тусклыми и ломкими. Если много – волосы быстро загрязняются и становятся жирными.

Растущий волос - это сложный коктейль веществ и химических реакций. Каждый фолликул включает семь разных видов клеток, которые взаимодействуют с другими клетками - нервными и кровяными. Более того, целая система отвечает за реализацию различных генетических программ, которые являются причиной созревания, роста, отмирания и возрождения различных участков в определённое время. Учёные установили, что цикл роста волос зависит от более чем дюжины возрастных особенностей и белков. Белки должны быть представлены в определённых группах и концентрациях, в противном случае волос перестаёт расти.

Некоторые клетки имеют специальные рецепторы - участки, которые принимают химические сигналы, используемые клетками для общения между собой. У мужчин фолликулы на волосистой части головы и на подбородке имеют рецепторы к тестостерону.

Стержень волоса состоит из следующих частей: сердцевины (медуллы) - это стержень волоса, который состоит из 2-4 слоёв неороговевших клеток. Медулла отвечает за терморегуляцию, объём и придает волосам силу. Иногда медулла может быть прерывистой. Кортекс - центральная, самая толстая часть волоса. При химическом воздействии ( окрашивании, завивке и т.д.) повреждается структура кортекса. Кортекс в свою очередь, состоит из 2-х частей: кератина – белкового вещества; именно белок ,а точнее , белковые нити обеспечивают прочность волос; волосы почти на 90% состоят из кератина; меланина - натурального пигмента волоса. Кутикула- верхний слой волоса , который меняется при окрашивании и состоит из 6-10 слоёв удлинённых ороговевших пластинообразных клеток ; эти клетки по типу черепицы накладываются друг на друга по направлению от корней к концам. Кутикула, прежде всего, обладает защитной функцией. Именно этот слой отвечает за блеск и шелковистость волоса.

Корень волоса – важный элемент всей системы волос, он состоит из следующих частей: 1)луковица, за счет деления и размножения клеток которой происходит рост волоса; 2)волосяной сосочек, контролирующий состояние и рост волоса; скопление кровеносных сосудов и нервов, обеспечивающих приток кислорода и питательных веществ; 3)сальная и потовая железы отвечают за смазку волос и образование на их поверхности защитной плёнки; 4)волосяная мыщца - скопление кровеносных сосудов и нервов, которое контролирует состояние и рост волос, обеспечивает приток кислорода и питательных веществ.

Жизненный цикл волоса.

Волосяной фолликул в своём развитии претерпевает несколько стадий: период роста называется анагеном( года), период покоя – телогеном (месяцы), период перехода от одной стадии к другой - катагеном ( недели). В среднем волос вырастает на 1 см. в месяц; нормой считается, если за сутки выпадает до 100 волос. Толщина волос зависит от возраста человека, цвета волос, и от принадлежности к той или иной расе. Самые толстые и жёсткие волосы у монголоидной расы, у взрослого человека толщина волоса - 70 -100 мк., у пожилых- 50-70 мк. Самые толстые волосы у рыжих( до 100 мк.), самые тонкие у блондинов( 50), в среднем количество волос у человека 100 – 150 тысяч.

В луковице происходит рост волоса. Там находятся специальные клетки, способные к делению. Это совершенная лаборатория, к которой по сосудам волосяного сосочка поставляются питательные вещества: микроэлементы, витамины, аминокислоты, липиды и так далее, добавляется пигмент, волос смазывается секретом сальной железы. Циклы роста волос. Живая часть волоса находится под эпидермисом. Выросший из-под него волос состоит из мёртвой ткани. Можно выделить три стадии роста волоса. Первая — стадия активного роста, вторая — промежуточная, когда волос перестаёт расти, но клетки сосочка функционируют, последняя стадия — полное прекращение роста.

При развитии волоса его эпидермальный зачаток — волосяная луковица — глубоко внедряется в толщу дермы, образуя волосяную сумку. В дно луковицы вдаётся волосяной сосочек— питающий луковицу участок дермы с кровеносными сосудами и нервами. Клетки луковицы, размножаясь, обеспечивают рост волоса, стержень которого состоит из трёх слоёв, образованных уже мёртвыми, ороговевшими клетками: более или менее рыхлой сердцевины, плотного коркового слоя и кутикулы (её клетки, уложенные подобно черепице, образуют на поверхности волоса заострённые ступеньки). В конце концов старый волос выпадает под действием роста нового, и цикл начинается снова. Первая стадия продолжается от двух до четырёх лет, вторая стадия — всего 15—20 дней, а последняя — от 90 до 120 дней. В любой момент около 93 % волос находится в первой фазе роста, 1 % — во второй фазе и 6 % — в третьей. Волосы головы, которые реагируют на гормональное водействие так же, как и волосы тела, генетически запрограммированы повторять цикл роста 24—25 раз в течение жизни человека. Наши волосы подвергаются различным воздействиям - расчёсывание, ежедневная укладка, окрашивание, химическая завивка. Стоит обратить внимание на воздействие городского микроклимата на волосы: климатические воздействия, стрессы, неправильный ритм жизни - всё это, в совокупности, отражается на наших волосах.

1.2.Световой микроскоп

Строение светового микроскопа — одного из наиболее распространенных инструментов в области биологии и медицины — следует рассматривать как сложную систему, состоящую из нескольких ключевых компонентов. Каждая часть микроскопа выполняет определенную роль и взаимодействует с другими частями для достижения увеличения и изображения объектов.

Одной из основных частей микроскопа является объектив. Это оптический элемент, который располагается непосредственно над образцом и собирает свет, отраженный от объекта. Объектив состоит из нескольких линз, которые позволяют сфокусировать свет на заданном участке образца. Различные объективы имеют разные степени увеличения, что позволяет исследователю выбрать наиболее подходящий для конкретной задачи.

Окуляр — это линза, через которую наблюдатель смотрит на образец. Он располагается над объективом и увеличивает изображение, полученное с помощью объектива. Обычно окуляр имеет увеличение от 5 до 20 раз, в зависимости от типа микроскопа.

Рама — основа, на которой установлены объектив и окуляр. Она обеспечивает стабильность и поддержку всех компонентов микроскопа.

Столик — это платформа, на которой помещается образец. Он обычно имеет механизмы для перемещения образца в горизонтальной (X) и вертикальной (Y) плоскостях. Это позволяет исследователю точно позиционировать образец и наблюдать различные его участки.

Источник света — это элемент, который обеспечивает освещение образца. Для световых микроскопов часто используются лампы накаливания или светодиоды. Свет, создаваемый источником, проходит через объектив и падает на образец, что позволяет видеть его детали и структуру.

Взаимодействие всех этих компонентов позволяет достичь увеличения изображения. Свет, отраженный от объекта, собирается объективом и фокусируется на заданной плоскости. Затем увеличенное изображение проходит через окуляр, где оно видно для наблюдателя. Путем регулировки столика и фокусировки объектива можно получить более четкое и детальное изображение объекта.

Назначение светового микроскопа

Основное назначение светового микроскопа заключается в увеличении и визуализации мельчайших объектов, которые не могут быть видны невооруженным глазом. Этот тип микроскопа нашел широкое применение в таких областях, как биология, медицина, материаловедение и других научных исследованиях.

Главная функция светового микроскопа — это увеличение изображения объекта. Когда свет попадает на образец, проходит через объектив микроскопа, который собирает световые лучи и фокусирует их на заданной плоскости. Объективы могут иметь разные степени увеличения, что позволяет исследователю выбрать подходящий объектив для изучения конкретного объекта. Увеличенное изображение проходит через окуляр, который еще больше увеличивает изображение, и наблюдатель может видеть детали и структуру объекта.

В биологии световой микроскоп широко используется для изучения клеток, тканей и организмов. Он позволяет исследователям увидеть мельчайшие детали клеточной структуры, наблюдать процессы деления клеток и изучать биологические процессы. Микроскопы также активно применяются в медицине для диагностики различных заболеваний, исследования тканей и органов, а также для контроля качества медицинских препаратов.

В материаловедении световой микроскоп используется для изучения структуры материалов, анализа их состава и определения качества. Исследователи могут видеть дефекты, микроструктуры и фазовые изменения в материалах, что позволяет им лучше понять их свойства и применение.

Кроме того, световой микроскоп применяется в геологии, археологии, фармакологии, пищевой и других науках и отраслях. Он помогает расширить наше знание о мире, объединяя невидимое для глаза исследователя с мельчайшими деталями и структурами объектов.

1.3. Электронный микроскоп — прибор (микроскоп), позволяющий получать изображение объектов с максимальным увеличением до 10⁶ раз, благодаря использованию, в отличие от оптического микроскопа, вместо светового потока, пучка электронов с энергиями 200 эВ — 400 кэВ и более (например, просвечивающие электронные микроскопы высокого разрешения с ускоряющим напряжением 1 МВ). Длина волны де Бройля электронов, ускоренных в электрическом поле с разностью потенциалов 1000 В, равна 0,4 Å, что много меньше длины волны видимого света. Вследствие этого, разрешающая способность электронного микроскопа в более чем 10000 раз может превосходить разрешение традиционного оптического микроскопа. Для получения изображения в электронном микроскопе используются специальные магнитные линзы, управляющие движением электронов в колонне прибора при помощи электромагнитного поля. В просвечивающем электронном микроскопе (ПЭМ) для формирования изображения используется высокоэнергетический электронный пучок. Электронный пучок создается посредством катода (вольфрамового, LaB₆, Шоттки или холодной полевой эмиссии). Полученный электронный пучок ускоряется обычно до 80—200 кэВ (используются различные напряжения от 20 кВ до 1 МВ), фокусируется системой магнитных линз (иногда электростатических линз), проходит через образец так, что часть электронов рассеивается на образце, а часть — нет. Таким образом, прошедший через образец электронный пучок несет информацию о структуре образца. Далее пучок проходит через систему увеличивающих линз и формирует изображение на люминесцентном экране (как правило, из сульфида цинка), фотопластинке или ПЗС-камере.

2.Практическая часть

2.1.Седина у школьников

Причины подростковой седины:

гормональные изменение в организме. На это влияют:

-наследственность;

-сбои работы организма различных систем организма;

-гибель клеток-меланоцитов.

Также, на изменение цвета волос могут повлиять изменение рациона питания(фастфуд), пищевая ценность продуктов, поступающих в организм, снижается, развивается процесс гликирования белков. Курение может привести к обесцвечиванию участков волос. При частом курении клетки, вырабатывающие меланин, повреждаются и гибнут. Нервные потрясения, излишне эмоциональные проявления, стресс может влиять на выработку меланина. Выход в холодное время года на улицу без головного убора может привести к нарушению микроциркуляции крови, что может повлиять на цвет волос.

Какие меры предпринимать при появлении седых волос у подростка:

-обогащение рациона продуктами, содержащими витамины групп В12,А,С,Е и минеральными веществами, наряду со значительными потреблениями фастфуда.

-нормализовать эмоциональное состояние юношей и девушек.

Лучшие народные средства при появлении седины:

-Сок петрушки подходит для детей старше 7 лет, в течение трех недель с утра натощак следует принимать 30 мл сока петрушки.

-Витамины – земляника, вишня, ежевика. Абрикос, груша, капуста, лук, морковь, орехи, рыба, рис, сыр, картофель,яичный желток.

-Репейное или касторовое масло, кунжутное+оливковое масло,корень лопуха+ромашка, шиповник, шалфей, крапива, творог+перец, сок лимона+сок моркови, вишня.

2.2. Волосы под световым микроскопом

Наблюдение белого, черного и окрашенного волоса под световым микроскопом

Белый и черный волос это волосы одного человека, но белый волос истончен. Крашеный еще тоньше. Теперь понятно, почему после покраски парикмахеры рекомендуют питать и лечить волосы.

2.3.Наблюдение волос под электронным микроскопом

Сотрудник университета заклеила на специальный скотч образцы волос: черный, седой и окрашенный. Она поместила волосы в специальную камеру.И мы стали наблюдать через монитор изображения.

Наблюдение белого волоса

Увеличение от 250 до 500 раз.У белого волоса наблюдается изменение структуры, на нескольких местах видим их разрушение.

Увеличение в 1000 и в 2000 раз

Толщина белого волоса при увеличении в 250 раз

132 μкм (микрометр)

Увеличение неокрашенного волоса в 1000 и в 2000 раз

Толщина неокрашенного волоса при увеличении в 250 раз 102 μкм (микрометр)

Наблюдение окрашенного волоса

Увеличение окрашенного волоса в 1000 и в 2000 раз.

Толщина окрашенного волоса при увеличении в 500 раз 98,7 μкм (микрометр). Этот волос тоньше из-за того, что это волос взят у девочки или он тонкий из-за того, что он ослабленный из-за покраски.

В своей работе мы определили прочности волос.

Заключение

1. Исследовали под микроскопом седой волос и черный волос, взятые у одного подростка и окрашенный волос у девочки. Возраст учащихся одинаков.

1. Увидели волосы под световым школьным микроскопом, увидели, что седые волосы тоньше черных;

2. Увидели волосы под электронным микроскопом в лаборатории СВФУ. Увидели, что у окрашенных волос структура измененная, чешуи приподняты;

3. Провели эксперимент по определению прочности волос, оказалось, что седые и окрашенные волосы менее прочные, чем черные неокрашенные волосы;

4. Рекомендовали подросткам беречь свои волосы: рационально питаться, отказаться от фасфутов и курения, не ходить без головного убора в морозе. Не рекомендовали бы красить волосы в юном возрасте.

5. Получили опыт работы со световым школьным микроскопом и ознакомились с принципом работы электронного микроскопа.

Использованная литература:

Учебник: «Биология», Пономарева И.Н. и др.Изд-во Вентана граф.

Егорова О.В. С микроскопом на «ты» Шаг в ХХI век. Световые микроскопы для биологии и медицины. М.,2007.416 с.

Пупань Л.И. Изучение структуры материалов методом электронной микроскопии. Харьков 2011 г.