Zadanie 12
Matura z biologii, maj 2024, poziom rozszerzony
Wymaganie: II. Komórka. Zdający: 4) wyjaśnia rolę błony komórkowej […] w procesach osmotycznych.
XI. Funkcjonowanie zwierząt. 1. Podstawowe zasady budowy i funkcjonowania organizmu zwierzęcego. Zdający: 6) przedstawia mechanizmy warunkujące homeostazę ([…] stałość składu płynów ustrojowych, ciśnienie krwi […]); 7) wykazuje związek między […] temperaturą ciała, a zapotrzebowaniem energetycznym organizmu. 2. […] 1) Odżywianie się. Zdający: f) przedstawia proces trawienia poszczególnych składników pokarmowych […], g) przedstawia proces wchłaniania poszczególnych produktów trawienia składników pokarmowych w przewodzie pokarmowym człowieka.
Treść zadania
Zadanie 12.
Rotawirusy są patogenami wywołującymi biegunkę u ludzi, a także u pozostałych ssaków. Biegunka spowodowana rotawirusem 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 namnaża 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. Każda zakażona komórka wydziela do światła jelita jony chlorkowe. Disacharydy oraz jony chlorkowe są substancjami czynnymi osmotycznie.
Wraz z nasilonym wydalaniem płynnego kału organizm traci nie tylko wodę, lecz także niestrawione i niewchłonięte składniki odżywcze. U chorych 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 znacznego 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 → niedobór disacharydaz (maltazy, laktazy, sacharazy) → dwucukry (laktoza, sacharoza) nie ulegają strawieniu → pozostają w świetle jelita.
Niestrawione dwucukry są osmotycznie czynne i nie mogą być wchłonięte → woda pozostaje w jelicie (jest zatrzymywana w treści jelitowej) — biegunka osmotyczna.
Mechanizm wydzielania wody do jelita:
Zakażone komórki wydzielają do światła jelita jony chlorkowe → treść jelitowa staje się hipertoniczna względem tkanki jelita → woda wypływa z enterocytów do światła jelita (osmoza) — biegunka sekrecyjna.
Łącznie oba mechanizmy prowadzą do dużej utraty wody z płynnym kałem.
Punktacja: 2 pkt — oba mechanizmy (disacharydy ORAZ jony chlorkowe), 1 pkt — jeden z nich. Zasady oceniania nie uznają odpowiedzi odnoszących się wyłącznie do ograniczonego wchłaniania wody z powodu zaniku mikrokosmków ani mylących rotawirusy z retrowirusami.
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”.
12.3. Obniżenie tempa metabolizmu zmniejsza zapotrzebowanie energetyczne organizmu (mniej intensywne oddychanie komórkowe, mniejsze zużycie ATP, u ssaka także niższa temperatura ciała) → organizm zużywa mniej glukozy, której jest mało, i dłużej utrzymuje jej stężenie we krwi potrzebne np. do pracy mózgu.
12.4. Niedobór laktazy (enzymu trawiącego laktozę — cukier mleka) po uszkodzeniu szczytowych części kosmków → laktoza nie jest w całości trawiona. Zasady oceniania nie uznają odpowiedzi zbyt ogólnej („niedobór disacharydaz”), pomylenia laktazy z laktozą („niedobór laktozy”) ani mówiącej o całkowitym braku laktazy.
Pułapka 12.1 — niewspomnienie enzymów trawiennych (laktazy/sacharazy). Klucz: dlaczego cukry zostają w jelicie? Bo po utracie szczytowych części kosmków brakuje wystarczającej ilości disacharydaz (niedobór, nie całkowity brak).
Pułapka 12.1 — opisanie tylko jednego mechanizmu. Zadanie żąda dwóch: zatrzymywania wody przez niestrawione disacharydy oraz wydzielania wody do światła jelita za jonami chlorkowymi.
Pułapka 12.4 — pomylenie laktazy (enzym) z laktozą (cukier).
Pułapka 12.2 — odpowiedź "wolniej". Przy odwodnieniu serce przyspiesza (przy mniejszej objętości krwi jeden skurcz tłoczy jej mniej, więc do utrzymania ciśnienia i zaopatrzenia tkanek potrzeba częstszych skurczów).
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 |
| Disacharydazy | Enzymy rąbka szczoteczkowego (maltaza, laktaza, sacharaza); po utracie szczytowych części kosmków występuje ich niedobór |
| Jony chlorkowe | Wydzielane przez zakażone komórki do światła jelita — substancje czynne osmotycznie |
| Osmoza | Bierny ruch wody przez błonę półprzepuszczalną z roztworu o niższym do roztworu o wyższym stężeniu substancji rozpuszczonych |
Mechanizm: dwa drogi utraty wody (12.1)
Mechanizm 1 — osmotyczny (pasywny)
Rotawirusy niszczą komórki szczytowe kosmków → mikrokosmki zanikają, zakażone komórki się złuszczają → niedobór disacharydaz.
Niestrawione dwucukry (laktoza, sacharoza, maltoza) zostają w świetle jelita — za mało enzymów, by rozłożyć je na cukry proste, a wchłaniane są cukry proste, nie dwucukry.
Treść jelitowa ma wysokie stężenie substancji czynnych osmotycznie (niestrawione dwucukry).
Woda jest zatrzymywana w świetle jelita — nie zostaje wchłonięta.
Treść jelitowa jest wodnista → biegunka osmotyczna.
Mechanizm 2 — sekrecyjny
Zakażone komórki wydzielają jony chlorkowe do światła jelita (informacja z tekstu zadania; w wywołaniu tego wydzielania bierze udział m.in. białko wirusowe NSP4).
Treść jelitowa staje się hipertoniczna względem tkanki jelita.
Woda wypływa osmotycznie z enterocytów do światła jelita → biegunka sekrecyjna.
Mechanizm: kompensacja serca przy odwodnieniu (12.2)
Odruch z baroreceptorów:
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 bardzo dużej utracie płynów kompensacja przestaje wystarczać → wstrząs hipowolemiczny.
Punktacja CKE
- 12.1. 2 pkt — oba mechanizmy (disacharydy — biegunka osmotyczna, jony chlorkowe — biegunka sekrecyjna); 1 pkt — jeden.
- 12.2. 1 pkt — oba wybory poprawne (spada + szybciej).
- 12.3. 1 pkt — zmniejszone zużycie glukozy wskutek mniejszego zapotrzebowania energetycznego.
- 12.4. 1 pkt — niedobór laktazy albo utrudnione trawienie laktozy.
- Suma: 5 pkt.
Po co to umieć
Rotawirusy są częstą przyczyną ciężkiej biegunki u niemowląt i małych dzieci; według tekstu zadania większość dzieci przechodzi co najmniej jedną infekcję przed ukończeniem piątego roku życia. Przed zakażeniem chronią szczepionki (podawane doustnie niemowlętom).
Doustne nawadnianie (ORS) = woda + sól + glukoza w określonych proporcjach. Glukoza wspomaga wchłanianie sodu przez kotransporter SGLT1 w enterocytach, a za wchłanianym sodem podąża woda.
Cholera — toksyna cholery podnosi w enterocytach stężenie cAMP, co pobudza wydzielanie Cl⁻ do światła jelita; to także biegunka sekrecyjna.
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” zrobisz samodzielnie.
Otwórz matury-online.pl