XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭРИТРОЦИТОВ ЧЕЛОВЕКА, ПТИЦ, МЕЛКИХ НЕПРОДУКТИВНЫХ ЖИВОТНЫХ
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Кровь млекопитающих и птиц состоит из жидкой части - плазмы - и взвешенных в ней форменных элементов. Плазма содержит максимально 92% воды и до 8 % сухих остатков, в которые входят белки, а именно: эритроциты, лейкоциты и тромбоциты (кровяные пластинки).
Главная функция эритроцитов - транспортная (перенос кислорода и углекислого газа), а лейкоцитов и тромбоцитов - защитная (лейкоциты участвуют в иммунных реакциях, тромбоциты - в остановке кровотечения).
Актуальность исследования заключается в выявлении особенностей строения эритроцитов крови и энергетическими потребностями организма в кислороде, согласно видовым особенностям организмов. Эритроциты играют ключевую роль в транспортировке кислорода в организме человека, животных и птиц, их строение отражает эволюционные подходы к адаптации в условиях окружающей среды. В связи с чем, целью наших исследований явилось проведения сравнительного анализа строения и функциональной нагрузки эритроцитов человека, птиц, мелких непродуктивных животных (собак) и определить чья кровь способна переносить больше кислорода.
Задачи:
1) подготовить и окрасить мазки крови человека, птиц (перепелки), мелких непродуктивных животных (собак);
2) провезти микроскопию мазков крови и определить эритроциты;
3) выявить особенности строения эритроцитов человека, птиц и мелких непродуктивных животных и определить способность переносить кислорода.
Предмет исследования: эритроциты крови человека, перепелки, собаки.
Объект исследования: капля крови человека, перепелки, собаки.
Гипотеза: эритроциты крови можно увидеть в результате микроскопии, определить разницу в строение эритроцитов млекопитающих и птиц, и выявить способность переноса гемоглабина эритроцитами согласно их размерам.
Методы исследования:
В данном исследовании применялись следующие методы:
- метод фиксации и окрашивания мазков;
- метод описания, фотографирования;
-аналитический метод (анализ, сравнение и обобщение полученной информации из различных источников).
Продукт проекта: Окрашенные мазки крови человека, птиц, мелких непродуктивных животных для использования демонстрационного материала на уроках биологии.
Практическая значимость: Данное мазки 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.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ:
-
Особенности состава крови человека, собак и птиц.
Кровь человека состоит из плазмы и форменных элементов. Плазма - жидкая часть, состоящая из воды, белков, электролитов и других веществ. Некоторые компоненты плазмы: альбумины (около 4,5%); глобулины (2-3%); фибриноген (0,2-0,4%).
Форменные элементы включают эритроциты (красные кровяные тельца), лейкоциты (белые кровяные тельца) и тромбоциты (кровяные пластинки). Особенности состава: эритроциты лишены ядра, имеют форму двояковогнутых дисков, что облегчает газообмен; лейкоциты составляют малую часть от общего объёма крови (менее 1%); тромбоциты составляют очень малую часть (менее 1%). Объёмное соотношение форменных элементов и плазмы называется гематокритом: у мужчин гематокрит составляет 44-48%, у женщин – 41-45%.
Кровь собаки также состоит из плазмы и форменных элементов. Некоторые особенности состава: эритроциты - самые многочисленные клетки крови, у собак в 1 мм³ насчитывают 5-9 млн эритроцитов. Основное содержимое эритроцита - сложный белок гемоглобин; лейкоциты - белые клетки крови, отвечают за иммунитет и борьбу с инфекциями. В эту группу входит несколько видов лейкоцитов, например, нейтрофилы, эозинофилы, моноциты; тромбоциты -безъядерные клетки, основная функция - остановка кровотечения. Есть и породные особенности: например, у борзых (грейхаундов, уиппетов, салюков) больше эритроцитов и гемоглобина, у брахицефалов (бульдогов, мопсов, боксёров) - повышенный гематокрит из-за нехватки кислорода.
У птиц кровь характеризуется относительным постоянством состава. В состав крови входят: плазма - 60% и более; форменные элементы -эритроциты, лейкоциты и тромбоциты - до 40% (гематокрит у цыплят и взрослых кур - 29%, у петухов - 45%); вода - 80,4-85,6%, растворённые в ней органические и неорганические вещества - 14,4-19,6%. Особенности состава крови птиц: в плазме крови птиц содержится 90-92% воды, 8-10% растворённых в ней веществ, 5-7% белков, 1% неорганических веществ, около 0,2% липидов, 0,1% углеводов.
В крови птиц концентрация глюкозы выше в 1,5-3 раза, чем у млекопитающих. Специфические свойства: кровь птиц жидкая, красная, плотностью у цыплят - 1,054, у кур - 1,044, вязкостью - 4,7-5,5 единиц по отношению к воде [1, 2-3, 5-6].
-
Методика окраски мазков крови методом Романовского - Гимзе.
Окрашивание мазков крови методом Романовского-Гимзе -цитологический метод окрашивания микроорганизмов, клеточных структур и тканей различных видов (в том числе крови) для изучения методом световой микроскопии. Предложен в 1904 году Густавом Гимзой.
Особенности метода: окрашивает ацидофильные образования в различные оттенки красного цвета, базофильные - в цвета от пурпурного до синего. Позволяет детально визуализировать клетки и их структуры. Для окрашивания мазков крови методом Романовского-Гимзе используют краситель «Азур-эозин по Романовскому». Он состоит из эозинатов Азура и метиленового синего, смешанных в таком соотношении, чтобы получить нужный баланс рН.
Важно помнить, что концентрат красителя токсичен, содержит метанол, работать с ним допускается только в перчатках, маске, под вытяжкой.
Некоторые этапы окрашивания мазков крови методом Романовского-Гимзе:
-
Готовый жидкий краситель перед окрашиванием разводят в дистиллированной воде из расчёта 1-2 капли красителя на 1 мл дистиллированной воды.
-
Мазки окрашивают 20-25 минут при 37 C во влажной камере (закрытая чашка Петри с увлажнённым фильтром на дне).
-
После окрашивания мазки промывают в проточной воде, сушат на воздухе и исследуют при масляной иммерсии.
Для мазков, фиксированных в метиловом спирте, окрашивание проводили раствором: 1 мл готовой жидкой краски + 2 мл основного буферного раствора + 47 мл дистиллированной воды. Продолжительность окрашивания - 120 минут (продолжительность подбирают эмпирически). Пользуются фосфатным б
уфером, для мазка крови 6,4-6,5 (фото 1).
Фото 1- Этапы приготовления мазков крови и его окрашивание
После окрашивания мазки ополаскивают в дистиллированной воде, высушивают и исследуют при иммерсии [1, 4-5].
3.Размеры эритроцитов человека, собак и птиц и их функциональная нагрузка по переносу кислорода.
Эритроциты человек.Размеры эритроцитов человека: диаметр - 6,2-8,2 мкм, толщина - 2 мкм, объём -76-110 мкм³.
Форма эритроцитов (двояковогнутый диск) обеспечивает большую площадь поверхности при данном объёме, что облегчает газообмен. Такая форма также: снижает диффузионное расстояние (между поверхностью и наиболее удалённой от неё частью цитоплазмы) на 30% по сравнению с такими же элементами сферической формы, благодаря чему создаются оптимальные условия для газообмена; позволяет увеличить объём эритроцита без повреждения его плазмолеммы благодаря наличию её резерва, в частности, способности набухать в гипотоничной среде; даёт возможность к обратимой деформации при прохождении через узкие и изогнутые капилляры.
Транспортная функция эритроцитов обеспечивается гемоглобином - белком, который связывает кислород. Строение молекулы гемоглобина таково, что она может переносить до четырёх молекул кислорода. В лёгких гемоглобин связывает кислород, превращаясь в оксигемоглобин, он имеет светло-красный цвет. В тканях кислород освобождается из связи, снова образуется гемоглобин, и кровь темнеет. За одни сутки эритроциты взрослого человека переносят около 8
00 л кислорода и 200 л углекислого газа (фото 2).
Фото 2 – Эритроциты человека, увел. × 800
Эритроциты собак. Эритроциты собак принципиально мало чем отличаются от эритроцитов человека (млекопитающих), обычно имеют форму двояковогнутых дисков: сплющенных и вдавленных в центре, с поперечным сечением в форме гантели и ободком в форме тора по краю диска (фото 3).
Такая форма обеспечивает высокое отношение площади поверхности к объёму, что облегчает диффузию газов, в том числе перенос кислорода.
Эритроциты - высокоспециализированные клетки, функцией которых является перенос кислорода из лёгких к тканям тела и транспорт диоксида углерода (CO2) в обратном направлении.
Транспорт кислорода обеспечивается гемоглобином, на долю которого приходится ~98% массы белков цитоплазмы эритроцитов. Атомы железа гемоглобина временно связываются с молекулами кислорода в лёгких или жабрах и высвобождают их по всему организму.
Фото 3 – Эритроциты собаки (МНЖ), увел. × 800
Э
ритроциты птиц. Эритроциты птиц - крупные клетки с ядром, имеют овоидную форму. Их размер колеблется от 11 до 16 мкм в длину и от 6 до 10 мкм в ширину (фото 4).
Фото 4 - Эритроциты перепелки, увел. × 800
Функциональная нагрузка по переносу кислорода у эритроцитов птиц связана с тем, что ядерные эритроциты птиц способны переносить больше кислорода, чем безъядерные эритроциты млекопитающих. Это связано с активным полётом большинства птиц, ускоренным обменом веществ и повышенной потребностью в кислороде.
Наличие ядра в эритроцитах птиц облегчает транскрипцию и трансляцию белков, необходимых для газообмена [3, 5-7].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
По результатам проведенной научно-исследовательской работе выдвинутая нами гипотеза подтвердилась, эритроциты крови можно увидеть в результате микроскопии, выявили особенности строения эритроцитов млекопитающих и птиц, и способность переноса гемоглабина эритроцитами зависит от их размера. На основание, вышесказанного можно сделать выводы, о том, что:
1) Мною были подготовлены и окрашены мазки крови человека, птиц, мелких непродуктивных животных, и выявлены особенности их строения;
2) Научилась готовить и окрашивать мазки крови методом Романовского-Гимзе. В результате проведения микроскопии мазков крови и определения эритроцитов. Обнаружила, что эритроциты человека и собак имеют сходства по размерам и формам. Эритроциты птиц – более крупные и отличаются плоской формой;
3) Выявила, что особенности строения эритроцитов человека, птиц и мелких непродуктивных животных, прямо пропорционально отражаются на количестве переноса кислорода в крови, что влечет за собой постоянство внутренней среды организма.
В заключении хотелось бы отметить, что эритроциты человека и собак наиболее эффективно переносят кислород, так как они безъядерные, но имеют двояковогнутую форму. Размеры эритроцитов человека и собак меньше, чем эритроциты птиц. За счет формы в центре концентрируется большое количество гемоглобина, что необходимо для нормальной жизнедеятельности. Эритроциты птиц лучше приспособлены для переноса кислорода благодаря сочетанию особенностей строения и функций, связанных с повышенной потребностью в кислороде. Это указывает на высокий обмен веществ протекающий в организме птиц и эволюционные подходы к адаптации к условиям окружающей среды.
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/
5. Форменные элементы крови. [Электронный ресурс]
URL:https://www.grandars.ru/college/medicina/formennye-elementy-krovi/ (дата обращения 16.12.2022г.)
6.URL:https://www.livelib.ru/book/229934/readpart-ispolzovanie-vptitsevodstve-belkovogo-kontsentrata-iznetraditsionnogo-syrya-monografiya-a-a-ryadinskaya/~2
7. URL:https://ru.wikipedia.org/wiki/Эритроциты