בגרות בביולוגיה 043182 - קיץ 2021

לפי הטבלה, ברכיבה על אופניים קצב זרימת הדם לשרירי הרגליים גדל מאוד לעומת מנוחה:

•במנוחה: $1200$ מ"ל לדקה.

•ברכיבה על אופניים: $12500$ מ"ל לדקה.

•העלייה: $12500-1200=11300$ מ"ל לדקה, כלומר הקצב ברכיבה גדול בערך פי $10.4$ ($12500\div1200\approx10.4$) מהקצב במנוחה.

(לשם השוואה: באותו זמן קצב זרימת הדם למעיים קטן מ־$1400$ ל־$600$ מ"ל לדקה.)

1. ברכיבה על אופניים שרירי הרגליים מתכווצים שוב ושוב, ולכן הם צורכים אנרגיה רבה בצורת $\text{ATP}$.

2. את ה־$\text{ATP}$ מפיקים תאי השריר בתהליך הנשימה התאית, הדורש גלוקוז וחמצן – והדם מוביל אותם אל השרירים.

3. בנשימה התאית נוצרים גם $\text{CO}_2$ וחום, והדם מסלק אותם מן השרירים.

•כמות הדם בגוף מוגבלת, ואי אפשר להזרים כמות מרבית לכל האיברים בבת אחת. בזכות הוויסות (הרחבת כלי הדם המובילים לשרירים הפעילים והיצרות כלי הדם המובילים לאיברים שפעילותם קטנה כרגע, כמו המעיים, שאליהם הזרימה ירדה מ־$1400$ ל־$600$ מ"ל לדקה, ונוסף על כך הגברת קצב הלב) הדם מופנה לאן שהוא נחוץ ביותר.

- ברכיבה: השרירים מקבלים פי $10$ בערך יותר דם, ולכן יותר חמצן וגלוקוז. הם מפיקים די $\text{ATP}$ ויכולים להמשיך להתכווץ לאורך הרכיבה הממושכת, ופסולת וחום מסולקים מהם ביעילות.

- במנוחה: השרירים צורכים מעט, ולכן אין צורך להזרים אליהם דם רב; הדם מופנה לאיברים אחרים – למשל למעיים, לעיכול המזון ולקליטת חומרי המזון.

כך מותאמת אספקת החמצן וחומרי המזון לצורכי כל איבר בכל מצב פעילות.

1. החשיפה הראשונה: נגיף האדמת חודר לגוף. מערכת החיסון מזהה את האנטיגנים שלו כזרים, ולוקח לה כמה ימים לייצר נוגדנים ייחודיים נגדו (תגובה ראשונית – איטית). בזמן הזה הנגיף מתרבה, והאדם חולה. בסופו של דבר הנוגדנים ותאי הדם הלבנים מסלקים את הנגיף, והאדם מחלים.

2. תאי זיכרון: בתגובה הראשונית נוצרים גם תאי זיכרון – תאי דם לבנים הייחודיים לאנטיגנים של נגיף האדמת – והם נשארים בגוף שנים רבות (לרוב כל החיים).

3. חשיפה נוספת: כשהאדם נחשף שוב לנגיף, תאי הזיכרון מזהים אותו מיד ומפעילים תגובה משנית: מהירה וחזקה יותר – נוצרת במהירות כמות גדולה של נוגדנים.

4. התוצאה: הנוגדנים מנטרלים את הנגיף ומסייעים לסלק אותו לפני שהוא מספיק להתרבות ולגרום לתסמינים – ולכן האדם אינו חולה שוב באדמת. האדם מחוסן נגד המחלה.

טעות נפוצה: לכתוב ש"הנוגדנים נשארים בגוף" בלבד. ההגנה הממושכת נובעת בעיקר מתאי הזיכרון, המאפשרים ייצור מהיר של נוגדנים בחשיפה חוזרת.

חיסון פעיל. החסינות נוצרה בתגובה לחשיפה לאנטיגנים של הנגיף (במחלה עצמה), ומערכת החיסון של האדם עצמו ייצרה את הנוגדנים ואת תאי הזיכרון. לכן החסינות ממושכת.

(בחיסון סביל מקבלים נוגדנים מוכנים ממקור חיצוני – למשל מהאם דרך השליה או בחלב האם, או בזריקת נוגדנים. הגוף אינו מייצר אותם ואינו יוצר תאי זיכרון, ולכן ההגנה קצרה.)

שרשרת הסיבה והתוצאה:

1. פחות חמצן באוויר: ככל שעולים בגובה, לחץ האוויר יורד והאוויר דליל יותר – בכל נפח אוויר הנכנס לריאות בנשימה יש פחות מולקולות חמצן.

2. פחות חמצן בדם: חמצן עובר מן הנאדיות אל הדם בנימים בדיפוזיה, לפי הפרש הריכוזים. כשריכוז החמצן בנאדיות נמוך, הפרש הריכוזים קטן, ופחות חמצן עובר לדם ונקשר להמוגלובין שבתאי הדם האדומים.

3. פחות חמצן לתאים: הדם מוביל פחות חמצן לתאי הגוף, ובמיוחד לתאי השרירים, שצריכתם גדולה בזמן הטיפוס (הטיפוס עצמו הוא מאמץ גופני).

4. פחות אנרגיה: תאי השריר מפיקים $\text{ATP}$ בנשימה תאית, הדורשת חמצן:

במחסור בחמצן נוצר פחות $\text{ATP}$, וחלק מהאנרגיה מופק בתהליך ללא חמצן (תסיסה), המפיק מעט $\text{ATP}$ ויוצר חומצה לקטית המצטברת בשרירים.

5. התוצאה: לשרירים אין די אנרגיה להתכווצות – והאדם מרגיש עייפות (וגם קוצר נשימה). הגוף מגיב בהגברת קצב הנשימה וקצב הלב, אבל הם אינם מפצים לגמרי על המחסור.

1. קולטנים לחום ולכאב בעור כף היד קולטים את הגירוי (החום הגבוה).

2. האות העצבי עובר בתא עצב תחושתי אל חוט השדרה.

3. בחוט השדרה האות מועבר (דרך תא עצב מקשר) ישירות אל תא עצב מוטורי (תנועתי).

4. תא העצב המוטורי מעביר את האות אל שרירי היד, והם מתכווצים – היד מורחקת מהתנור.

המסלול קצר, עם מעט מעברים בין תאי עצב (סינפסות), והוא אינו עובר במוח ואינו תלוי בהחלטה מודעת – ולכן התגובה מהירה מאוד. יתרון התגובה המהירה: הקטנת הנזק לרקמות היד.

1. במקביל, אותו מידע עובר מחוט השדרה למעלה אל המוח.

2. רק כשהאות מגיע למוח ומעובד בו, הילד מרגיש כאב (התחושה נוצרת במוח, לא ביד).

3. המוח שולח פקודות לשרירים המשתתפים בצעקה (שרירי הנשימה ושרירי הגרון המניעים את מיתרי הקול).

המסלול הזה ארוך יותר – מרחק רב יותר ויותר מעברים בין תאי עצב ועיבוד במוח – ולכן לוקח זמן רב יותר.

לכן הרחקת היד (רפלקס דרך חוט השדרה) קודמת לצעקה (שתלויה בתחושת הכאב במוח).

•אצל אדם א ריכוז הסוכר עולה מעט אחרי האכילה, ובתוך כ־$90$ דקות חוזר לרמה ההתחלתית – הוויסות תקין.

•אצל אדם ב הריכוז גבוה יותר כבר בהתחלה, עולה לשיא גבוה בהרבה ומאוחר יותר, ויורד לאט – אחרי $90$ דקות הוא עדיין כ־$200$, רחוק מהרמה ההתחלתית.

ההסבר: אחרי האכילה הגלוקוז נספג מהמעי לדם. בגוף בריא הלבלב מפריש אינסולין, הגורם לתאי הגוף לקלוט גלוקוז מהדם ולכבד ולשרירים לאגור אותו כגליקוגן – ולכן רמת הסוכר בדם יורדת חזרה לתקין. אצל חולה סוכרת הלבלב אינו מפריש די אינסולין (או שהתאים אינם מגיבים לו), ולכן הגלוקוז אינו יוצא מהדם, ורמתו נשארת גבוהה.

1. אצל חולה סוכרת ריכוז הגלוקוז בדם גבוה מאוד.

2. בכליות הגלוקוז מסונן מהדם לשתן הראשוני, ובאדם בריא כולו מוחזר לדם (ספיגה חוזרת). כשריכוז הגלוקוז גבוה מדי, הכליות אינן מצליחות להחזיר את כולו, וגלוקוז נשאר בשתן.

3. הגלוקוז בשתן מעלה את ריכוז המומסים בו, ולכן פחות מים מוחזרים לדם (המים נמשכים באוסמוזה לצד שבו ריכוז המומסים גבוה) – ונפח השתן גדל.

4. הגוף מאבד מים רבים, ולכן מופיע צמא מוגבר.

אפשרות אחרת – עייפות: בגלל מחסור באינסולין (או חוסר תגובה אליו) הגלוקוז אינו נכנס לתאים, אף שהוא בעודף בדם. התאים מקבלים פחות גלוקוז לנשימה תאית, מפיקים פחות $\text{ATP}$ – והאדם חש עייפות.

הגורם המווסת הוא ריכוז (רמת) הסידן בדם. לפי הקטע, כשכמות הסידן בדם נמוכה הגוף מגביר את ספיגתו מהמעיים ומשחרר סידן מהעצמות אל הדם – כך רמתו מוחזרת לתקין.

כמות הסידן המגיעה מהמזון משתנה מיום ליום, אבל המנגנון שומר על רמת סידן יציבה בדם, בטווח התקין:

- מניעת מחסור: כשהרמה יורדת, הגוף מגביר את ספיגת הסידן מהמעיים ומשחרר סידן מהעצמות אל הדם. כך יש די סידן לתהליכים החיוניים המתוארים בקטע: קרישת דם (עצירת דימום), כיווץ שרירים (כולל שריר הלב ושרירי הנשימה) והעברת מסרים במערכת העצבים. מחסור בסידן היה פוגע בתהליכים אלה ומסכן את האדם.

- מניעת עודף: שמירה על הרמה בטווח התקין מונעת גם עודף סידן, שלפי הקטע עלול להצטבר כאבנים בכליות ולחסום את צינורות הובלת השתן.

כלומר, היתרון הוא שתפקוד הגוף נשמר תקין גם כשהתנאים (כמות הסידן במזון) משתנים – זו מהותו של ההומיאוסטזיס.

לפי הגרף, הצריכה המומלצת הגבוהה ביותר היא בקבוצת הגיל 9 עד 18 שנים – כ־$1300$ מ"ג ליום, לעומת כ־$1000$ מ"ג בגילאי $19$–$50$ וכ־$1200$ מ"ג בגילאי $51$–$70$ ומעל $70$.

השערה: בגילאי $9$–$18$ הגוף נמצא בתקופת גדילה מואצת (במיוחד בגיל ההתבגרות): העצמות מתארכות ומתעבות, ונבנית רוב מסת העצם של האדם; גם השיניים הקבועות מתפתחות.

•לפי הקטע, סידן הוא מרכיב מרכזי בעצמות ובשיניים, ולכן בניית רקמת עצם חדשה דורשת כמות גדולה של סידן.

•בנוסף, הגוף צריך סידן גם לתהליכים בדם (קרישה), בשרירים ובעצבים, ובגדילה מספר התאים והרקמות גדל.

•לפי הקטע, אצל ילדים ומתבגרים ספיגת הסידן מהמעי יעילה מאוד – לכן סידן רב במזון אכן נקלט לדם ומשמש לבניית העצמות.

אם בגיל זה הסידן במזון מועט, הגוף ייאלץ לשחרר סידן מהעצמות כדי לשמור על רמתו בדם, והעצמות שייבנו יהיו חלשות יותר.

1. ספיגה מועטה: לפי הקטע, "אצל מבוגרים ובפרט אצל קשישים, הספיגה מהמזון לדם היא מעטה". כלומר, רק חלק קטן מהסידן שבמזון עובר מהמעי לדם.

2. סכנת מחסור בדם: אם אדם מבוגר אוכל אותה כמות סידן כמו בגילאי $19$–$50$, נספג לדמו פחות סידן, ורמת הסידן בדם עלולה לרדת.

3. פירוק עצם: לפי הקטע, כשכמות הסידן בדם נמוכה, "יכול להתרחש פירוק מסוים של רקמת העצם והעברה של סידן מהעצמות אל הדם". מנגנון זה שומר על רמת הסידן בדם (החיונית לקרישת דם, לכיווץ שרירים ולהעברת מסרים בעצבים), אבל על חשבון העצמות – הן מאבדות סידן ונעשות דלילות ושבירות יותר.

4. הפתרון: אכילת כמות גדולה יותר של סידן – לפי הגרף כ־$1200$ מ"ג ליום לעומת $1000$ מ"ג בגילאי $19$–$50$ (תוספת של כ־$20\%$) – מפצה על הספיגה הנמוכה: גם כשאחוז קטן נספג, כמות הסידן שמגיעה לדם מספיקה, ואין צורך לפרק את רקמת העצם.

כך נשמרים גם רמת הסידן בדם וגם חוזק העצמות בגיל מבוגר.

לפי הקטע, הסידן חיוני ל:

- מערכת העצבים – העברת מסרים במערכת העצבים.

- מערכת השרירים – כיווץ שרירים.

די לציין שתיים. מערכות נוספות שייפגעו: מערכת השלד (סידן הוא מרכיב מרכזי בעצמות ובשיניים; במחסור הסידן משתחרר מהעצמות והן נחלשות), ומערכת הדם (קרישת דם).

לפי הקטע, עודפי סידן בדם יכולים להצטבר כאבנים בכליות ולחסום את צינורות הובלת השתן. החסימה פוגעת בזרימת השתן מהכליות החוצה: השתן אינו מסולק כראוי, ועלולים להיגרם כאבים עזים, דלקת ופגיעה בתפקוד הכליות – ובעקבות זאת פגיעה בסילוק חומרי פסולת מהגוף.