Zadanie 12
Matura z biologii, maj 2024, poziom rozszerzony
Wymaganie: V.5 — wymiana wody i jonów, fizjologia układu pokarmowego.
V.4 — układ krążenia, regulacja pracy serca.
III.6 — wirusy.
Treść zadania
Zadanie 12.
Rotawirusy są patogenami wywołującymi biegunkę u ludzi, a także u pozostałych ssaków. Biegunka spowodowana rotawirusami ma bardzo podobny przebieg u wszystkich ssaków. Większość dzieci przechodzi co najmniej jedną infekcję rotawirusową przed ukończeniem piątego roku życia. Ostre biegunki stanowią natomiast ważną przyczynę strat w chowie młodych zwierząt.
Rotawirus namnoży się w szczytowych komórkach kosmków jelitowych. Wskutek tego mikrokosmki ulegają zanikowi, a zakażone komórki się złuszczają. Utrata szczytowych części kosmków prowadzi do niedoboru disacharydaz – maltazy, laktazy i sacharazy, który może się utrzymywać przez kilka tygodni. Disacharydy, oraz pary cukrów, nie ulegają wchłanianiu do światła jelita pory chłonkowe. Disacharydy oraz inne cukrowce są substancjami czynnymi osmotycznie.
Wraz z nasilonym wydalaniem płynnego kału organizm traci nie tylko wodę, lecz także niestrawione i niewchłonięte składniki odżywcze. U młodych zwierząt obserwowano obniżenie podstawowego tempa metabolizmu, co stanowi przystosowanie do zmniejszonej dostępności glukozy.
Dzieci, które przeszły zakażenie rotawirusowe, wykazują nietolerancję mleka, występującą nawet przez kilka tygodni po infekcji.
Na podstawie: W. von Engelhardt, G. Breves, Fizjologia zwierząt domowych, Łódź 2010; S.E. Crawford i in., Rotavirus Infection, „Nature Reviews Disease Primers" 3, 2017; C.A. Omatola, A.O. Olaniran, Rotaviruses: from Pathogenesis to Disease Control – A Critical Review, „Viruses" 14(5), 2022.
Zadanie 12.1. (0–2)
Wyjaśnij, w jaki sposób infekcja rotawirusowa doprowadza do zwiększonej utraty wody. W odpowiedzi uwzględnij mechanizm osmotycznego zatrzymywania wody w treści jelitowej oraz mechanizm osmotycznego wydzielania wody do treści jelitowej.
Zadanie 12.2. (0–1)
Uzupełnij poniższe zdanie tak, aby w poprawny sposób opisywało wpływ znacznego odwodnienia na układ krwionośny. W każdym nawiasie podkreśl właściwe określenie.
W wyniku odwodnienia organizmu objętość osocza (spada / wzrasta), a więc serce musi bić (szybciej / wolniej), aby utrzymać odpowiednie ciśnienie krwi i zaopatrzyć tkanki w tlen.
Zadanie 12.3. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego obniżenie tempa metabolizmu przy niskim stężeniu glukozy we krwi zwiększa szanse przeżycia chorego ssaka.
Zadanie 12.4. (0–1)
Na podstawie przedstawionych informacji podaj przyczynę nietolerancji mleka występującej u dzieci po przebytym zakażeniu rotawirusem.
Źródło: arkusz CKE MBIP-R0-100-2405. Otwórz oryginalny PDF
Rozwiązanie
12.1. Mechanizm zatrzymywania wody w jelicie:
Rotawirusy niszczą enterocyty na wierzchołkach kosmków → brak enzymów trawiennych (laktazy, sacharazy) → dwucukry (laktoza, sacharoza) nie ulegają strawieniu → pozostają w świetle jelita.
Niefstrawione cukry podwyższają osmolarność treści jelitowej. Zgodnie z prawem osmozy woda przemieszcza się z obszaru o niższym do wyższego potencjału osmotycznego → woda z osocza i komórek przechodzi do jelita (przez błonę półprzepuszczalną nabłonka).
Skutek: treść jelitowa staje się rozrzedzona, wodnista → biegunka z dużą utratą wody.
Mechanizm wydzielania wody do jelita:
Rotawirusy produkują toksynę NSP4 (enterotoksynę), która zwiększa stężenie Ca²⁺ w enterocytach → aktywacja kanałów CFTR → aktywne wydzielanie jonów Cl⁻ (chlorkowych) z enterocytów do światła jelita. Za chlorkami "podąża" sód (Na⁺), a za jonami podąża woda (zasada elektroneutralności + osmozy).
To jest aktywna sekrecja (z udziałem ATP) — odmienne od pasywnej osmozy z części I, ale uzupełniające ją. Łącznie: pasywne wciąganie + aktywne wydzielanie → masywna utrata wody.
12.2. W wyniku znacznego odwodnienia:
- Objętość osocza spada (utrata wody → mniejsza objętość krwi).
- Serce bije szybciej (tachykardia kompensacyjna — utrzymanie minutowego rzutu serca pomimo spadku objętości wyrzutowej).
→ Utrzymane ciśnienie tętnicze + zaopatrzenie tkanek w O₂.
Pełne zdanie: "objętość osocza spada, a serce bije szybciej, aby utrzymać odpowiednie ciśnienie i zaopatrzyć tkanki w tlen."
Pułapka 12.1 — niewspomnienie enzymów trawiennych (laktazy/sacharazy). Klucz: dlaczego cukry zostają w jelicie? Bo enzymy zostały zniszczone (enterocyty wierzchołkowe = miejsce syntezy enzymów).
Pułapka 12.1 — opisanie tylko jednego mechanizmu. Zadanie żąda dwóch: pasywnego osmotycznego (wczyganie wody) + aktywnego wydzielania (przez chlorki / Cl⁻).
Pułapka 12.2 — odpowiedź "wolniej". Przy odwodnieniu serce przyspiesza (mniejsze ciśnienie wymaga większej częstotliwości skurczów, by tłoczyć tę samą ilość krwi).
Strona arkusza CKE z trescia zadania
Klucz pojęciowy — biegunka rotawirusowa
| Element | Mechanizm |
|---|---|
| Enterocyty wierzchołkowe | Komórki nabłonka jelita cienkiego, na wierzchołkach kosmków — wchłaniają wodę + składniki odżywcze, syntezują enzymy (laktaza, sacharaza, maltaza) |
| Rotawirus | Wirus RNA dwuniciowy (Reoviridae). Infekuje wierzchołkowe enterocyty, zabija je |
| Enzymy szczoteczki | Disacharydazy na rąbku szczoteczkowym; niszczone razem z enterocytami |
| NSP4 | Toksyna rotawirusa (nonstructural protein 4). Pierwsza wirusowa enterotoksyna odkryta. Wzrasta Ca²⁺ → aktywne wydzielanie Cl⁻ |
| Osmoza | Pasywny ruch wody przez błonę półprzepuszczalną z obszaru niższego do wyższego stężenia |
Mechanizm: dwa drogi utraty wody (12.1)
Mechanizm 1 — osmotyczny (pasywny)
Rotawirusy niszczą enterocyty wierzchołkowe → wierzchołki kosmków łysieją. Łyse enterocyty nie mają enzymów szczoteczki.
Niefstrawione dwucukry (laktoza, sacharoza, maltoza) zostają w świetle jelita — bo nie ma laktazy/sacharazy do rozcięcia ich na monocukry.
Osmolarność jelita rośnie — dwucukry mają więcej cząsteczek na jednostkę objętości niż one same po hydrolizie nie miałyby (1 laktoza → 1 glukoza + 1 galaktoza, wchłaniane osobno).
Woda płynie do jelita osmotycznie — z osocza i komórek nabłonkowych → przez błony półprzepuszczalne.
Treść jelitowa = wodnista. Wzmaga perystaltykę → biegunka.
Mechanizm 2 — sekrecja aktywna (przez NSP4)
Toksyna NSP4 rotawirusa przenika do enterocytów (głębszych warstw, jeszcze żywych).
Wzrost stężenia wapnia (Ca²⁺) wewnątrzkomórkowego → aktywacja sygnalizacji.
Aktywacja kanałów chlorkowych (CFTR) → Cl⁻ płynie z komórki do jelita (aktywny transport).
Sód podąża za chlorkami (elektroneutralność) → NaCl w jelicie wzrasta.
Woda płynie osmotycznie za jonami NaCl → biegunka sekrecyjna.
Mechanizm: kompensacja serca przy odwodnieniu (12.2)
Prawo Frank-Starlinga + odpowiedź barorefleksu:
Utrata wody (biegunka, wymioty, pot) → spadek objętości osocza krwi → spadek objętości wyrzutowej serca (mniej krwi do tłoczenia w jednym uderzeniu).
Spadek ciśnienia tętniczego wykrywany przez baroreceptory w łuku aorty + zatokach szyjnych.
Aktywacja układu współczulnego → wydzielanie noradrenaliny → przyspieszenie pracy serca (tachykardia) + zwężenie naczyń obwodowych.
Cel: utrzymać minutowy rzut serca (CO = SV × HR). Jeśli SV (objętość wyrzutowa) spada, HR (częstość) musi wzrosnąć, aby utrzymać CO.
Efekt: ciśnienie tętnicze stabilizowane, mózg i serce dostają tlen mimo odwodnienia.
Granice kompensacji: przy utracie >20% objętości krwi (hipowolemia ciężka) mechanizm się załamuje → wstrząs hipowolemiczny → ostra niewydolność wielonarządowa.
Punktacja CKE
- 12.1. 2 pkt — oba mechanizmy (osmotyczny + sekrecyjny).
- 12.2. 1 pkt — oba wybory poprawne (spada + szybciej).
- Suma: 3 pkt.
Po co to umieć
Rotawirus to najczęstsza przyczyna ciężkiej biegunki niemowląt na świecie:
- ~125 mln zachorowań rocznie globalnie.
- ~200 000 zgonów rocznie (głównie kraje rozwijające się).
- Szczepionka rotawirusowa (Rotarix, RotaTeq) — od 2006 r. dramatycznie zredukowała śmiertelność.
- W Polsce obowiązkowa szczepionka dla niemowląt od 2021 r.
Doustna terapia nawadniająca (ORS - oral rehydration solution) = woda + sól + glukoza w specyficznych proporcjach. Cudo medycyny rozwijającego się świata — uratowała miliony dzieci od śmierci z odwodnienia.
Działanie: glukoza wspomaga wchłanianie sodu przez kotransporter SGLT1 w enterocytach (sodium-glucose linked transporter). Sód ciągnie wodę z powrotem do osocza. To genialne, bo ratuje życie bez kroplówki dożylnej.
Cholera = identyczny mechanizm jak rotawirus, ale toksyna CTX aktywuje cAMP zamiast Ca²⁺. Skutek ten sam: aktywna sekrecja Cl⁻ → masywna biegunka. Bez nawadniania śmiertelność cholery ~50%, z ORS — poniżej 1%.
Rozumiesz, jak to rozwiązać?
Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji
matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „wirusologia, rotawirusy, biegunka, osmoza, enterocyty, odwodnienie, nietolerancja laktozy, metabolizm" zrobisz samodzielnie.
Otwórz matury-online.pl