РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
ТЮМЕНСКАЯ ОБЛАСТЬ
ХАНТЫ-МАНСИЙСКИЙ АВТОНОМНЫЙ ОКРУГ-ЮГРА
ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ХМАО
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ХАНТЫ-МАНСИЙСКОГО ОКРУГА»
«Утверждаю»_______________
Зав. кафедрой _______________
«____»________________ 200 г.
Методическая разработка
практического (лабораторного) занятия № 17 для студентов I-курса.
Тема занятия: «Эволюция дыхательной системы».
Методическую разработку подготовил
Методическая разработка обсуждена и утверждена
на кафедральном совещании №___
«_____»_____________________200 г.
Сургут, 200 г.
Продолжительность изучения темы: «Эволюция дыхательной системы» составляет три часа; из них занятие три часа, самостоятельная работа 1 ч.20 минут.
Место проведения занятия 533 аудитория
Цель занятия:
Цель: Изучить строение дыхательной системы у беспозвоночных и позвоночных животных. Ознакомиться с эволюционными преобразованиями в дыхательной системе. Уметь обосновать возможности формирования онтофилогенетически обусловленных пороков развития дыхательной системы человека.
Содержание занятия:
Хронокарта занятия:
№ |
Название этапа |
Время (мин) |
1. |
Проверка присутствующих |
1-2 |
2. |
Вступительное слово |
10-11 |
3. |
Контроль исходных знаний а) программ. контроль ( вводный ) б) фронтальный опрос |
3-5 10-15 |
4. |
Самостоятельная работа студентов |
70-80 |
5. |
Контроль конечных знаний а) программ. контроль ( итоговый ) |
5-7 |
6. |
Подведение итогов, просмотр тетрадей |
10-12 |
Итого: 120 минут
( 3-х часовое занятие)
1.Проверка присутствующих.
2.Вступительное слово преподавателя.
Преподаватель называет тему занятия (можно спросить студента), его цели, значение и обоснование темы. Преподаватель знакомит студентов с организацией и правилами ведения учебных тетрадей.
3.Выявление исходного уровня знаний студентов.
3.1.Вводный программированный контроль (выполняется дома). На занятии проверяется правильность ответов.
3.2.Фронтальный опрос.
Вопросы для самоподготовки
Что такое дыхание?
Каковы особенности газообмена у животных, не имеющих специализированных органов дыхания?
Гомологичны ли органы дыхания беспозвоночных животных и позвоночных?
В чем сходство дыхательной системы бесчерепных и низших позвоночных?
Каковы прогрессивные черты жаберного дыхания костистых рыб?
В чем особенности дыхания кистеперых и двоякодышащих рыб?
Какие черты строения и функции характерны для дыхательной системы амфибий?
Какие прогрессивные черты присущи дыхательной системе рептилий?
В чем проявляется прогрессивное развитие дыхательной системы млекопитающих по сравнению с рептилиями?
Каковы основные преобразования в дыхательной системе хордовых животных?
Каковы этапы развития легких млекопитающих?
На чем основаны онтофилогенетически обусловленные пороки дыхательной системы человека?
Термины:
Органы дыхания обеспечивают газообмен между организмом и окружающей средой.
Обмен газов осуществляется путем диффузии, и для того, чтобы она происходила, дыхательная поверхность должна удовлетворять следующим условиям:
- должна быть проницаемой для газов;
- образующий ее слой должен быть тонким, так как диффузия эффективна на расстоянии не более 1 см;
- должна быть влажной, так как кислород и СО2 диффундируют в растворе;
- дыхательная поверхность должна быть большой, чтобы через нее могли обмениваться достаточные количества газов в соответствии с потребностями организма.
У простейших, губок, кишечнополостных, большинства червей обмен газов между клетками и средой осуществляется путем диффузии через всю поверхность тела. С усложнением организации и увеличением размеров тела появляются специальные органы, выполняющие функцию газообмена. У беспозвоночных животных органы дыхания развиваются как впячивания или выпячивания наружных покровов, у позвоночных они являются производными кишечной трубки.
Задание для студентов
Работа 1. Функции дыхательной системы.
Изучите и перепишите функции дыхательной системы.
1. Газообмен между организмом и окружающей средой.
2. Экскреторная функция - выведение из организма продуктов диссимиляции СО2, Н2О.
3. Очищение, согревание, увлажнение воздуха в верхних отделах дыхательных путей у млекопитающих.
4. Участие в звукообразовании у позвоночных.
5. Участие в обонятельной рецепции у позвоночных.
Работа 2. Сравнительная характеристика структур, обеспечивающих газообмен у беспозвоночных животных.
Развитие органов дыхания у беспозвоночных идет по пути адаптации к условиям обитания, соответствия их строения (жабры, трахеи, легкие) водной или воздушной среде.
Изучите материалы табл. 1 и рис. 1.
Таблица 1
Беспозвоночные организмы
|
Морфофункциональная характеристика структур, участвующих в газообмене |
Подцарство Простейшие Тип Простейшие Подцарство Многоклеточные Тип Кишечнополостные
Тип Плоские черви Тип Круглые черви
Тип Кольчатые черви
Тип Членистоногие Класс Ракообразные
Класс Паукообразные
Класс Насекомые
Тип Моллюски
|
Диффузия газов через покровы тела
Клетки эктодермы и энтодермы находятся в контакте с водной средой, и газообмен идет через покровы. Диффузия газов через покровы тела. Этому способствуют уплощенная или круглая форма тела. У паразитических форм анаэробное дыхание. Газообмен путем диффузии через кожные покровы. Возникает связь между дыхательной поверхностью и кровеносной системой. В крови присутствуют дыхательные пигменты, осуществляющие транспорт газов. У водных кольчатых кожные жабры на параподиях.
Кожные жабры - тонкостенные выросты, отходящие от грудных конечностей и обильно снабженные капиллярами. Легкие - мешковидные полости, расположенные в брюшных сегментах. У многих паукообразных, в том числе у клещей, - трахеи. Трахеи - воздухоносные трубочки, возникающие как глубокие впячивания покровов. У водных - жабры. У наземных моллюсков имеются легкие, представляющие собой часть мантийной полости с обильной сетью сосудов. |
Водная среда |
Клеточная мембрана
|
|
|
Жабры – выросты покровов тела |
|
||
Полуводная среда |
Эпителий, обильно снабженный кровеносными сосудами
|
|
|
Воздушная среда |
Трахеи и легкие - глубокие впячивания покровов тела |
|
|
Рис. 1. Структуры, обеспечивающие газообмен у беспозвоночных в зависимости от среды обитания.
Работа 3. Эволюционные преобразования в дыхательной системе хордовых.
Изучите и перепишите основные преобразования в эволюции органов дыхания хордовых.
1. Усиление главной дыхательной функции:
а) увеличение поверхности газообмена;
б) дифференцировка воздухоносных и респираторных отделов;
в) совершенствование механизмов дыхания: появление грудной клетки, дыхательной мускулатуры.
Расширение количества выполняемых функций: очищение, согревание, увлажнение воздуха; терморегуляция, звукообразование.
Субституция функций: дыхание с помощью жабр у наземных позвоночных замещается газообменом в легких.
Смена функций: плавательный пузырь древних кистеперых рыб преобразуется в орган дыхания.
Разделение функций и органов:
а) у наземных позвоночных отделение дыхательных путей от первичной пищеварительной трубки;
б) в легких позвоночных разделение воздухоносных и респираторных отделов.
В процессе эволюции устанавливается морфофункциональная взаимосвязь дыхательной и кровеносной систем (динамические координации), что выражается в расположении сосудов в органах дыхания, строении стенок альвеол и капилляров (аэрогематический барьер), наличии транспортных систем для переноса газов, присутствии дыхательных пигментов в крови.
Работа 4. Сравнительная характеристика дыхательной системы хордовых животных.
Изучите рис. 2. Заполните табл. 2, исходя из следующих возможных характеристик дыхательной системы.
1. Воздухоносные пути:
а) ноздри (наружные и. внутренние - хоаны), ротоглотка, гортанно-трахейная камера;
б) воздухоносные пути отсутствуют;
в) полость носа, полностью отделенная от ротовой полости, носоглотка, глотка, гортань, трахея, главные бронхи, внутрилегочные бронхи до 23 порядков, бронхиолы;
г) полость носа, не полностью отграниченная от ротовой полости; гортань, трахея, главные бронхи, зачатки внутрилегочных бронхов.
2. Респираторные отделы:
а) жаберные мешки с лепестками на внутренних стенках;
б) тонкие перегородки между жаберными щелями в передней части кишечной трубки;
в) мешковидные легкие, на внутренней поверхности которых перегородки значительной высоты (что обеспечивает значительную площадь газообмена);
г) легкие в виде полых мешков с тонкими гладкими стенками или с небольшими ячейками на внутренней поверхности и кожа;
д) легкие, имеющие дольчатое строение; газообмен происходит в альвеолах;
е) жаберный аппарат, состоящий из жаберных лепестков, расположенных на жаберных дугах.
Рис. 2. Развитие легких у позвоночных.
а - глотка и плавательный пузырь (легкие) кистеперых рыб; б - легкие хвостатых амфибий; в - легкие бесхвостых амфибий; г - легкие рептилий; д - легкие млекопитающих. 1 - глотка; 2 - камера, соединяющая плавательный пузырь с глоткой; 3 - мешки плавательного пузыря; 4 - гортанно-трахейная камера; 5 - легкие в виде мешков; 6 - внутрилегочные перегородки; 7 - трахеи; 8 - бронх; 9 - ветви бронхов; 10 - альвеолы.
Таблица 2
Подтипы и классы Хордовых
|
Характеристика дыхательной системы |
|
воздухоносные пути |
респираторный отдел |
|
Подтип Бесчерепные Класс Ланцетники Подтип Черепные Класс Крутлоротые Класс Рыбы Класс Амфибии Класс Рептилии Класс Млекопитающие |
|
|
Работа 5. Развитие легких млекопитающих и человека. Изучите стации развития легких млекопитающих и человека (рис. 3).
Рис. 3. Схема развития легких человека.
а-е - стадии развития: 1 - трахея, 2 - бронхиальные почки, 3 - респираторная бронхиола. 4 - альвеолярный ход, 5 - альвеолы.
Первичный легочный зачаток имеет двойное происхождение: энтодермальное и мезенхимальное. Из энтодермального зачатка развиваются эпителий бронхиального дерева, альвеолы и бронхиальные железы. Из мезенхимы формируются кровеносные сосуды, мышечные и эластические волокна и другие соединительнотканные элементы легкого. Развитие аппарата дыхания у млекопитающих начинается с образования на дне глотки бронхиального выроста, на конце которого располагаются парные утолщения - бронхолегочные почки. Последние растут и ветвятся, в результате образуются правый и левый стволы бронхов и системе внутрилегочных бронхов. В развитии легких млекопитающих и человека можно выделить три основные стадии:
1. Формирование воздухоносных путей (железистая стадия).
Образование респираторных бронхиол (каналикулярная стадия).
Стадия развития альвеолярных ходов и альвеол.
У человека до 4-го месяца внутриутробной жизни наблюдается железистая стадия. К концу 16-й недели формируются воздухоносные пути, а затем и респираторные бронхиолы. Появление альвеол наблюдается на 25-27-й неделе развития и особенно интенсивно этот процесс идет в первые месяцы после рождения.
Дефинитивные легкие формируются к 8-12 годам жизни человека.
Работа 6. Онтофилогенетически обусловленные пороки развития дыхательной системы человека.
Изучите и перепишите пороки дыхательной системы человека (рис. 4).
Рис. 4. Пороки развития дыхательной системы человека, а - возможные уровни остановки развития бронхиального дерева; б - редукция части бронхов и непосредственный переход крупных бронхов в бронхиолы и ацинусы.
1. Пороки, отражающие первоначальную общность пищеварительной и дыхательной систем:
а) незаращение твердого неба;
б) эзофаготрахеальные свищи - каналы, соединяющие пищевод и трахею;
в) бранхиогенные свищи и кисты.
2. Пороки легких человека, базирующиеся на остановке развития легких на различных этапах органогенеза (см. рис. 4, а) и отражающие филогенез легких позвоночных:
а) агенезия - остановка роста бронхолегочных почек на 3-4-й неделе эмбриогенеза, при этом легкое не развивается;
б) аплазия - есть только слепо заканчивающийся главный бронх. Бронхиальное дерево и паренхима легкого не развиваются;
в) гипоплазия - недоразвитие или неправильное формирование структур легкого: пороки ветвления, редукция части бронхов и легочной паренхимы (см. рис. 4, б). При остановке ветвления бронха возможно образование бронхолегочных кист.