Информация

5.2: Органи и системи от органи - Биология

5.2: Органи и системи от органи - Биология


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Vegetabilia (Фигура 6.1.1) имат три различни типа конструкция на тялото (Фигура (PageIndex{1})). Издънка (еднополярно) растение тяло се състои само от разклонени издънки, корени липсват. накрая, биполярно растение тяло присъства както издънки, така и корени (Фигура 5.3.1). Повечето биполярни растения имат издънки, състоящи се от стъбла и листа, но това не е абсолютно изискване, тъй като младите стъбла на растенията обикновено са зелени и могат да извършват фотосинтеза.

Типични органи на биполярното растение са стъбла (аксиални въздушни органи с непрекъснат растеж), листа (плосък страничен орган с ограничен растеж), корени (аксиален почвен орган, модифициран за усвояване) и флорални единици (FU) които са елементи на генеративната система (плодове) като шишарка или всяко цвете.

Пъпки, плодове, семена и специфични за разсад хипокотил и епикотил са не-органи по различни причини: пъпки са просто млади хора, плод е узрялото цвете, хипокотил е част от стъблото между първите листа на разсада (семедолите) и корена (т.е. мястото на прехода стъбло/корен), епикотил-първото междувъзлие на стъблото е първото междувъзлияние на стъблото (Фигура (PageIndex{2})), и накрая, семена е химерна структура с три генотипа, така че е невъзможно да се нарече „орган“.

Корен, стъбло, лист и FU са четири основни растителни органа (Фигура (PageIndex{3})), които при биполярно растение могат да бъдат групирани в коренова и леторастителна система; последният често се разделя на генеративна издънка система (носещи FU), и вегетативна издънкова система (без FU).

Вегетативната издънка обикновено се състои от главни и вторични издънки; леторастите съдържат крайни пъпки, аксиларни (странични) пъпки, стъбло (възли и междувъзлия) и листа. Ще започнем от листата.


5.2: Органи и системи от органи - Биология

Единица 1: Организацията на човешкото тяло 1 2 3 4 5

5. Органи и системи от органи

Ан орган е структура, съставена от няколко свързани тъкани, които изпълняват определена функция.

Образувани са органи системи от органи, които образуват всички заедно човешкото тяло. В Анатомия е науката, която изучава структурата и морфологията на органите и органните системи, и Физиология изучава тяхната функция.

а) Органни системи, свързани с функцията на храненето:

Храносмилателната система . Образува се от храносмилателната тръба и храносмилателните жлези.

Той преработва и трансформира храната, за да получи хранителни вещества, които клетките могат да асимилират.

Дихателната система . Усложнява се от дихателните пътища и белите дробове.

Той получава кислород от въздуха и изхвърля въглеродния диоксид от метаболитната активност.

Кръвоносна система . Образува се от сърцето и кръвоносните съдове. Неговата функция е да разпределя хранителни вещества и кислород през тялото и да събира отпадните вещества и въглероден диоксид от клетките.

Отделителна система . Образува се от бъбреците и пикочните пътища и други органи като потните жлези. Неговата функция е да изхвърля отпадъчните вещества от тялото.

б) Органни системи, свързани с функцията на взаимодействие:

Локомоторна система. Образува се от:

- Мускулна система . Образува се от скелетните мускули.

Неговата функция е движението (движение, мимика и поддържане на стойката)

- Скелетна система . Образува се от костите.

Неговите функции са локомоция (ставно-мускулна система) и защита

Нервна система . Образува се от енцефалона, гръбначния мозък и нервите.

Той е отговорен за нервната координация.

Ендокринна система . Неговите органи са ендокринни жлези, които произвеждат хормони.

в) Органна система, свързана с репродуктивната функция:

Репродуктивна система . Тя може да бъде женска и мъжка репродуктивна система, но и двете имат гонади (органи, които произвеждат гамети) и репродуктивни канали.


Комуникация между системите на органи

Комуникацията между системите на органи е жизненоважна, ако искат да работят заедно като екип. Те трябва да могат да реагират един на друг и да променят отговорите си, ако е необходимо, за да поддържат тялото в баланс. Комуникацията между системите на органи се контролира главно от вегетативната нервна система и ендокринната система.

Вегетативната нервна система е частта от нервната система, която контролира неволните функции. Вегетативната нервна система, например, контролира сърдечната честота, притока на кръв и храносмилането. Не е нужно да казвате на сърцето си да бие по-бързо или съзнателно да стиска мускулите, за да прокара храната през храносмилателната система. Не е нужно дори мисля за тези функции изобщо! Вегетативната нервна система управлява всички сигнали, необходими за контрола им. Той изпраща съобщения между части на нервната система, както и между нервната система и други системи от органи чрез химически пратеници, наречени невротрансмитери.

Ендокринната система е система от жлези, които отделят хормони директно в кръвния поток. Веднъж попаднали в кръвта, ендокринните хормони циркулират до клетките навсякъде в тялото. Самата ендокринна система е под контрола на нервната система чрез част от мозъка, наречена хипоталамус. Хипоталамусът отделя хормони, които пътуват директно до клетките на хипофизната жлеза, която се намира под него. Хипофизната жлеза е главната жлеза на ендокринната система. Повечето от неговите хормони или включват, или изключват други ендокринни жлези. Например, ако хипофизната жлеза секретира тироид-стимулиращ хормон, хормонът преминава през кръвообращението до щитовидната жлеза, която се стимулира да отделя тиреоиден хормон. След това хормонът на щитовидната жлеза пътува до клетките в цялото тяло, където увеличава метаболизма им.


B2.1 Тъкани, органи и системи от органи

Клетките на многоклетъчните организми могат да се диференцират и да се адаптират за специфични функции. Тъканите са съвкупности от подобни клетки. Органите са струпвания от тъкани, изпълняващи специфични физиологични функции. Органите са организирани в системи от органи, които работят заедно, за да образуват организми.

Многоклетъчни организми

  • Големите многоклетъчни организми разработват системи за обмен на материали.
  • По време на развитието на многоклетъчен организъм клетките се диференцират, за да могат да изпълняват различни функции.
  • Тъканта е група от клетки със сходна структура и функция.
  • Органите са направени от тъкани.
  • Един орган може да съдържа няколко тъкани.
  • Органните системи са групи от органи, които изпълняват определена функция.

Животински органи

Примерите за животински тъкани включват:

  • мускулна тъкан, която може да се свива, за да предизвика движение
  • жлезиста тъкан, която може да произвежда вещества като ензими и хормони
  • епителна тъкан, която покрива някои части на тялото.

Стомахът е орган, който съдържа:

  • мускулна тъкан, за разбиване на съдържанието
  • жлезиста тъкан, за производство на храносмилателни сокове
  • епителна тъкан, покриваща външната и вътрешната част на стомаха.

Храносмилателната система е един пример за система, в която хората и другите бозайници обменят вещества с околната среда.


Нива на калций в кръвта

Както сте научили, правилните нива на калций са важни за поддържане на хомеостазата на цялото тяло. Калциевите йони се използват за сърдечния ритъм, свиването на мускулите, активирането на ензимите и клетъчната комуникация. Паращитовидните и щитовидните жлези на ендокринната система откриват промени в нивата на калций в кръвта. Когато паращитовидните жлези открият ниски нива на калций в кръвта, няколко системи от органи променят функцията си, за да възстановят нормалните нива на калций в кръвта. Скелетната, пикочната и храносмилателната системи действат като ефектори за постигане на тази цел чрез отрицателна обратна връзка.

Освобождаването на паратироиден хормон от ендокринната система задейства остеокластите на скелетната система да резорбират костите и да отделят калций в кръвта. По подобен начин този хормон кара бъбреците на пикочната система да реабсорбират калция и да го връщат в кръвта, вместо да отделят калций в урината. Чрез променена функция на бъбреците за образуване на активен витамин D, тънките черва на храносмилателната система увеличават усвояването на калция.

Когато щитовидната жлеза открие повишени нива на калций в кръвта, скелетната, пикочната и храносмилателната системи допринасят за по-ниските нива на калций в кръвта обратно към нормалното. Освобождаването на хормона калцитонин от щитовидната жлеза на ендокринната система предизвиква поредица от реакции. Остеобластите на скелетната система използват излишния калций в кръвта, за да депозират нова кост. Бъбреците на отделителната система отделят излишния калций в урината, вместо да възстановяват калция чрез реабсорбция. И накрая, бъбреците спират да образуват активен витамин D, което причинява намалена чревна абсорбция на калций през храносмилателната система.

Практически въпрос

Болестта на Грейвс’ е автоимунно заболяване, при което щитовидната жлеза е свръхактивна, произвеждайки прекомерно количество хормони на щитовидната жлеза. Някои от симптомите са сърцебиене и треперене на ръцете.

Коя система е повлияна от променените нива на калций при болестта на Грейвс и #8217, според изброените по-горе симптоми?


Орган:

Органите (независима част от тялото) са функционалните единици на тялото на животно, които са изградени от повече от един вид тъкан. Примерите включват сърцето, белите дробове, черния дроб, далака и бъбреците. В контекста на биологията този термин не трябва да се бърка с „орган“, музикален инструмент с гръцки произход. Така че от гледна точка на биологията, органът е част от тялото, както го изтъкват учените.

Освен това трябва да имате предвид, че не всички части на тялото са органи. Например, костите са част от скелетната система, а не органи. Що се отнася до музикалните инструменти, органът и органът са два инструмента, където се използва тази дума. Както и да е, това трябва да е съвсем ясно по време на комуникацията, защото обикновено знаем контекста, в който хората говорят.

Що се отнася до научното определение на орган, той е известен като група тъкани в нашето тяло, на които е възложена специфична задача в органната система. При животните и висшите бозайници органите се комбинират, за да образуват система от органи.


Животински тъкани, органи и системи от органи

Клетките са организирани в тъкани, които са групирани заедно, за да образуват органи. Съвкупност от органи работят заедно в органна система, която изпълнява определена функция. Храносмилателната система е отговорна за разграждането и усвояването на храната, а кръвоносната система участва в доставката на глюкоза и кислород до дишащите клетки.

Принципи на организация

Клетката е „основен градивен елемент на живота“ и е най-малката функционираща част на организма. Група от клетки, работещи заедно, се нарича а тъкан и съвкупност от тъкани, всички изпълняващи специфична функция, се наричат орган. Множество органи, които са свързани заедно, се наричат система от органи. Примерите за органи включват сърцето, белите дробове, черния дроб, бъбреците, червата и стомаха. Примери за системи от органи включват дихателната система, кръвоносната система, репродуктивната система и храносмилателната система.

Храносмилателната система на човека

В храносмилателната система е пример за един система от органи в която няколко органа работят заедно, за да смилайте и абсорбира храна.

Големи хранителни молекули трябва да бъдат разделени на по-малки, за да бъдат усвоени от въси в тънко черво. Ензими катализира разграждането на хранителните молекули и увеличава скоростта на реакцията при телесна температура. Област на ензим, наречен активен сайт се свързва с субстрат (напр. нишесте) и след това се превръща в продукт (например глюкоза). Формата на активното място варира в зависимост от ензима. Само субстратни молекули със съвпадение (допълващи се) формата на активното място на ензима ще може да бъде разбита от този ензим. В модел с ключалка се използва, за да обясни как работят ензимите.

Храносмилането при хората включва следното ензими:

амилаза е отговорен за разпадането на нишесте в молекула с две захари, наречена малтоза. Друг ензим, наречен малтаза разбива това допълнително на глюкоза, което е единична захарна молекула. Разграждането на нишестето настъпва веднага щом поставим храна в устата си, тъй като амилазата присъства в нашата слюнка. Амилазата също се произвежда от панкреас и тънко черво.

Протеази са името, дадено на група ензими, които могат да се разграждат протеин в аминокиселини. Нарича се специфична протеаза пепсин който се намира в суровата, кисела среда на нашата стомах, където по-голямата част от протеина, който консумираме, се усвоява.

липази са ензимите, които се разграждат липиди в мастни киселини и глицерол. Липазите се произвеждат от панкреас и тънко черво.

Продуктите на храносмилането са свикнали строя нов въглехидрати, протеини и липиди. Ще се използва малко глюкоза в дишане. Всичко, което не се използва, ще бъде преобразувано в гликоген и се съхранява в клетките на черния дроб.

Храната започва своето пътуване през храносмилателния канал (храносмилателната система) в устата. Дори на този ранен етап въглехидратите вече се разграждат от амилазните ензими, присъстващи в нашата слюнка. Дъвченето разгражда храната, увеличавайки повърхността, върху която действат храносмилателните ензими. Структура в задната част на гърлото ни, наречена епиглотис предотвратява вдишването на храната през дихателната ни тръба по време на хранене. След като погълнем, мускулна тръба, наречена хранопровода премества храната в стомах.

Стомахът съдържа пепсин, ензим, който разгражда протеините до аминокиселини. Стомахът е пълен със стомашни сокове, съдържащи солна киселина, които осигуряват оптимални pH условия за ефективно действие на пепсина. Стомахът има защитна обвивка, която предпазва стомашната стена от корозивните киселини и увреждането на тази лигавица води до стомашни язви. Досега неапетитната смес от частично усвоена храна и стомашни сокове, която наричаме химус, е доста кисела. жлъчка, която се произвежда от черен дроб и се съхранява в жлъчен мехур, неутрализира химуса по пътя му към тънките черва и има допълнителен ефект на емулгиращи мазнини за да се улесни тяхното разграждане.

Веднъж в първата част на тънко черво, наречена дванадесетопръстника, храната продължава да се разгражда, както от ензими, освободени от тънките черва, така и от ензими, които се секретират в тънките черва от панкреас. Когато храносмилането приключи, захарите, аминокиселините, глицеролът и мастните киселини са абсорбира в кръвния поток чрез пръстовидни структури, наречени въси които покриват стените на втората част на тънките черва, на илеум.

Останалият несмлян материал пътува в дебело черво, който също е съставен от две части - на дебело черво и на ректума. в дебелото черво, водата се абсорбира в кръвния поток, оставяйки след себе си отпадъчните фекалии. Това се съхранява в ректума, преди да бъде извадено от тялото през ануса.

Сърцето, белите дробове и кръвоносните съдове

Хората имат а двойна циркулация, което означава, че кръвта се транспортира в две бримки и минава през сърцето два пъти. В първия цикъл кръвта се изпомпва от дясна камера на сърцето към бели дробове, където се освобождава от въглеродния диоксид и събира кислород, преди да се върне обратно в сърцето. Във втория цикъл кръвта се изпомпва от лява камера на сърцето към останалите тъкани на тялото. Там капки кислород, от който клетките се нуждаят за дишане, и улавя въглеродния диоксид, който е бил генериран като отпадъчен продукт. Стените на лява страна на сърцето са по дебел отколкото от дясната страна, тъй като трябва да транспортира кръв a по-голямо разстояние за да достигне до всички телесни тъкани.

Артерии отвеждат кръвта от сърцето. В аорта е най-голямата артерия в нашето тяло и доставя кръв от сърцето до всички наши тъкани. В белодробна артерия взема деоксигенирана кръв от сърцето, за да вземе повече кислород в белите дробове. Артериите изпомпват кръв под високо налягане, така че имат дебели мускулни стени, за да издържат на високото налягане, без да се повредят.

вени носят кръв към сърцето. В Главна артерия доставя кръв от тялото към сърцето и белодробна вена пренася наситена с кислород кръв между белите дробове и сърцето. Вените пренасят кръвта много по-бавно при по-ниско налягане, така че имат по-тънки стени и голям лумен, с клапи за предотвратяване на обратния поток на кръвта. Ниското кръвно налягане, големият лумен и фактът, че можем да открием вените по-близо до повърхността на кожата си, ги прави много по-лесни за вземане на кръвна проба в сравнение с артериите.

Капиляри са малки кръвоносни съдове, които свързват вените и артериите. Те са изключително малък (дебелина само една клетка) и съдържат малки дупки, наречени пори което позволява на веществата да преминават лесно през тях.

Когато дишаме, въздухът навлиза в тялото ни през нашите нос и устата и си проправя път покрай ларинкса и надолу по трахея. Трахеята се разклонява на две по-малки тръбички, наречени бронхи, които изпращат въздух към всеки бял дроб. Бронхите се разделят на още по-малки тръби, наречени бронхиоли които най-накрая изпращат въздуха във въздушни торбички, наречени алвеоли. Алвеолите изглеждат като чепка грозде и това е тази структура газообмен се провежда. Кислород дифундира от област с висока концентрация в алвеолите към област с ниска концентрация в кръвния поток, където пътува до различни тъкани на тялото и се използва за дишане. Въглероден двуокис пътува в другата посока, от област с висока концентрация в кръвния поток към област с ниска концентрация в алвеоли, където пътува нагоре по трахеята и е издиша.

Самите бели дробове са заобиколени от плеврална мембрана, влажна мембрана, която образува херметично уплътнение около белите дробове. В гръден кош защитава органите на дихателната система и са заобиколени от междуребрените мускули, които движат гръдния кош по време на дишане, за да помогнат за вкарването на въздух в или извън белите дробове.

Естествената почивка сърдечен ритъм се контролира от а група клетки разположени в стената на дясно предсърдие които действат като а пейсмейкър. Тази група клетки е в състояние да увеличаване или намаляване сърдечният ни ритъм да съответства на нашите нива дейност, когато се стимулира от сигнали от нашите мозък. Изкуствени пейсмейкъри са електрически устройства които са свикнали правилни аритмии (нарушения в сърдечната честота).

Кръв

Нашата кръв съдържа четири основни компонента: червени кръвни телца, бели кръвни телца, тромбоцити и плазма.

червени кръвни телца: хемоглобинът в червените кръвни клетки се свързва и транспортира кислорода. Червените кръвни клетки са необичайни с това, че нямат ядро ​​- това осигурява повече пространство за съхранение на кислород.

бели кръвни телца: открива всякакви патогени, които циркулират в кръвта и инициират имунен отговор

Тромбоцити: образува кръвен съсирек на мястото на раната, за да предотврати прекомерната загуба на кръв и навлизането на микроорганизми през кожата.

плазма: течност, съдържаща въглероден диоксид, усвоени хранителни молекули, урея, хормони и топлинна енергия

Коронарна болест на сърцето: незаразно заболяване

Коронарна болест на сърцето възниква, когато артериите, които снабдяват сърцето с кръв ( коронарни артерии) да стане блокиран. Това е пример за а незаразно заболяване тъй като не се причинява от патогени и не е заразен. Определено фактори на начина на живот, като диета и пушене, може да увеличи риска от коронарна болест на сърцето.

Коронарните артерии се блокират поради а натрупване на мастна тъкан съдържащи холестерол. Ако мастното натрупване стане толкова голямо, че напълно блокира коронарната артерия, кръвта не може да тече към сърдечния мускул. Без кръвоснабдяване клетките на сърдечния мускул не могат да получават кислород и глюкоза аеробно дишане и на сърдечният мускул умира. Коронарна болест на сърцето може да бъде лекувани с:

Стентове – артериите, които са станали по-тесни поради натрупване на мастни плаки в стените на артериите, могат да бъдат опъната отворена с помощта на устройство, наречено стент. Стентът се притиска към стените на артерията, като я държи отворена и поддържане на притока на кръв през артерията. Стентове могат да се използват в случаите, когато лекарствата са по-малко ефективни и са а дългосрочно решение.

статини - това са наркотици който намаляват нивата на холестерола и се предписват на хора, които са на висок риск на коронарна болест на сърцето. Статините действат като намаляват колко холестерол на чернодробни синтези. Има странични ефекти свързани с употребата на статини, като напр главоболие и загуба на паметта. Те не могат да бъдат дадени бременни жени или хора с чернодробно заболяване.

Коронарна болест на сърцето може да доведе до сърдечна недостатъчност, когато кръвоснабдяването на сърцето е напълно блокирано и сърцето започва да умира. Това се лекува с а трансплантация на сърце. Изкуствени сърца понякога се използват, за да поддържат пациентите живи, докато очакване за трансплантация на сърце, или да позволи на сърцето да Почивка като помощно средство за възстановяване. Сърдечните трансплантации обаче не са идеално решение за пациента имунна система може да разпознае сърцето като чуждестранен и инициира имунен отговор. Това означава, че пациентът трябва да приема имуносупресори до края на живота си, което ги оставя в по-голям риск да се разболеят от други инфекции поради отслабената им имунна система. Има дълъг списък с чакащи за сърдечни трансплантации, тъй като има a недостиг на донорски сърца.

При някои хора може да е увредено не цялото сърце, а само клапани които се намират между предсърдията и вентрикулите. Дефектни сърдечни клапи може да не се отваря правилно, което означава, че по-малко кръв влиза в сърдечните камери. По-малко кръв се доставя на тялото, което причинява натиск за натрупване и на белите дробове да набъбнат с течност. Дефектни клапани може да не се затваря правилно което означава, че кръвта ще изтича обратно от вентрикула в атриума. Дефектни клапани могат да бъдат заменен с:

Биологични клапи – от животно (например прасе или крава) или от донор човек

Механични клапани – изработени от здрави материали като титан или въглерод

Здравословни проблеми

Здравето е състоянието на битието физически и психически добре. Заболяването е основна причина за а липса на здраве и може да се класифицира като комуникативно (може да се предава от човек на човек) или незаразителен (не може да се предава между хора). Други причини за липса на здраве възникват от диета, стрес и житейски ситуации.

Различни видове заболявания могат взаимодействат, например:

Дефекти в имунна система прави индивида по-податлив на заразна болест. Например, на ХИВ вирус убива белите кръвни клетки, което прави хората със СПИН уязвими към редица инфекциозни заболявания, с които хората със здрава имунна система биха могли да се справят.

вируси живеещи в клетки могат да предизвикат ракови заболявания – напр. на HPV вирус може да причини рак на маточната шийка.

Имунни реакции първоначално причинена от а патоген мога предизвикват алергии като астма и кожни обриви.

Животът с физическо заболяване може да бъде стресиращо и въздействат на човек качество на живот. Това може да доведе до депресия и други форми на психично заболяване.

Ефектът на начина на живот върху някои незаразни заболявания

Рискови фактори са неща, които увеличават вероятността на индивида да има определено заболяване. Рисковите фактори могат да бъдат:

Аспект на човек начин на живот – напр. диета, упражнения, тютюнопушене

Вещества в тялото или околната среда на човека – напр. азбест, замърсяване, радиация

Учените са доказали, асоциация между някои рискови фактори и сигурно заболявания, например:

Пушенето е свързано с редица заболявания, включително рак на белия дроб и сърдечно-съдови заболявания.

Ефектът на пушене На болест на дробовете и рак на белия дроб

Ефектът на пушене и алкохол На неродени бебета

Ефектите от тютюнопушене, диета и упражнения На сърдечно-съдови заболявания

Ефектите от затлъстяване На диабет тип 2

Ефектите от алкохол На увреждане на черния дроб

Ефектите от канцерогени като йонизиращо лъчение рак

За други заболявания връзката с определени рискови фактори не е била категорично доказано. Често е трудно да се покаже, че това е рисков фактор причини заболяване, защото може да има a брой взаимодействащи рискови фактори които поотделно упражняват a малък ефект.


Примери за лющене на органи

Нашите примери са ограничени до основните органи, които са често срещани терапевтични цели и не включват други значими тъкани като мастни, костни, ендокринни, скелетни мускули или кожни тъкани. Когато се опитваме да рекапитулираме in vivo метаболитните и физиологични изисквания на свързана органна система, трябва да се има предвид, че тези тъкани също играят ключова роля в метаболитните нужди и биохимичната сигнализация. В резултат на това критериите за проектиране за OoC мащабиране трябва да вземат предвид наличието, отсъствието и симулацията на различни органи при мащабиране на определени физиологични параметри. Електронната таблица за мащабиране на ESI† и обсъждането на всеки пример по-долу трябва да предоставят насоки за рационален подход към проектирането на интегрирани HoC/OoC системи.

Мозък

Това е важно, защото мозъкът е особено сложен, а литературата е пълна с непоследователни физиологични данни. Например, едно от най-често срещаните погрешни схващания на мозъчната физиология е, че глиалните клетки превъзхождат невроните с десет към едно, където всъщност съотношението на неокортикалната глия към невроните е 1,2, а съотношението на не-невронните към невронните клетки варира от 0,2 до 1.5, в зависимост от мозъчната област. Тези съотношения са от изключително значение при конструирането на мозък върху чип.

Много от тези погрешни схващания произтичат от трудността при изучаването на мозъка. Мозъчната тъкан е много разнообразна при различните видове и следователно изучаването на физиологичните параметри на мозъците на гризачи или други мозъци няма да даде точно представяне на човешката физиология. Най-доброто разбиране, което можем да получим от нечовешки изследвания, идва от мозъка на приматите. Архитектурната сложност на мозъка също така усложнява анализа на прости параметри като капилярна плътност и брой клетки. Невроните могат да преминават през множество области на мозъка. Значителен напредък е постигнат в това отношение от Herculano-Houzel et al. , с тяхната изотропна техника на фракциониране, 36 и подобренията ще продължат да се правят с по-напреднали аналитични техники като прозрачния мозък, наскоро разработен от Chung et al. 37

Както показва електронната таблица за мащабиране на ESI†, сивото и бялото вещество може също да съдържат различни съотношения на типове клетки и ориентации. Тези параметри са важни за мащабиране по начини, специфични за мозъчния регион. Задачата за сглобяване на тези параметри е сложна, тъй като повечето групи, изучаващи мозъка, правят емпирични измервания на определен регион на мозъка, а не на скалата на целия мозък. В допълнение, метаболитните параметри като консумацията на кислород са трудни за измерване за специфични мозъчни региони, но плътността на капилярите и разпределението на броя на клетките са много по-лесни за измерване за изолирани мозъчни региони. За да се усложни допълнително събирането на тази информация, много от тези параметри трябваше да бъдат събрани чрез изучаване на контролните групи от ръкописи, изследващи специфично болестно състояние. И накрая, не е ясно кой от тези параметри ще бъде най-важен за крайната цел за създаване и интегриране на мозък върху чип. Ето защо в електронната таблица за мащабиране ние представяме най-доброто си разбиране за необходимите физиологични параметри и техните източници, които читателят да оцени и използва при необходимост. Ние си представяме тази таблица с параметри да се развива заедно с нашето разбиране за човешкия мозък и предизвикателствата при изграждането на HoCs.

Функционалното мащабиране на мозъка до голяма степен се задвижва от метаболизма. При хората мозъкът представлява 20% от общото метаболитно натоварване и 2% от общата телесна маса. 38,39 Освен това относителното метаболитно търсене на мозъка нараства по-бавно от телесната и мозъчната маса (алометрична степен 0,873). 40,41 Общата консумация на енергия от мозъка варира линейно с броя на невроните в мозъка със скорост 5,79 × 10 −9 μmol глюкоза мин −1 неврон −1 . 40 Въпреки това, не е ясно дали ин витро мозък върху чип (BoC) може да рекапитулира метаболитната скорост на случая in vivo. Ето защо ние вярваме, че mHu и μHu BoC, например, трябва да се мащабират линейно по броя на невроните в мозъка на възрастния човек, а останалите компоненти на мозъка трябва да бъдат мащабирани според метаболитното търсене на броя на невроните в BoC. Авторегулацията на BBB от всички клетъчни компоненти на NVU също изисква правилно мащабиране на броя на клетките в BoC и капилярните повърхностни зони във връзка с метаболитното търсене на невроните, които поддържат. Според клетъчния състав на мозъчната кора, NVU трябва да се състои от 1,2 астроцита/неврони, 0,46 съдови клетки/неврони и 0,2 микроглии/неврони. 42

Най-голямото предизвикателство при геометричното мащабиране на мозъка е реализирането на капилярната плътност на мозъка, който има една от най-големите капилярни плътности на всеки орган. Средният възрастен човек има между 12 и 18 m 2 от BBB, или от 150 до 200 cm 2 ж −1 на тъкан. Необходимостта от осигуряване на неврони с такава висока капилярна повърхност на неврон (174 μm 2 неврон −1 ) ще предизвика техниките за производство и е най-осъществимо в микрофлуидни системи. 42,43 Във връзка с васкулатурата, перицитите покриват около 30% (5 m 2 , 667 см 2 ж −1 ) и астроцитите покриват около 99% (18 m 2 , 200 см 2 ж −1 ) на аблуминната повърхност на мозъчната микроваскулатура. 44–46

Мащабирането на кръвния поток в BoC спрямо други OoC може да представлява значителни предизвикателства. Човешкият мозък има дебит от 7 L min −1 , което представлява 13% от общия кръвен поток. 47–50 Този брой трябва да мащабира функционално с размера и метаболизма на BoC, за да осигури достатъчно глюкоза, кислород и други хранителни вещества и да отстрани получените метаболити. Стойности като централната метаболитна скорост за кислород (CMRO2) от 3,2 mL/100 g min трябва да останат постоянни с намален размер и ще бъдат полезно отчитане на успеха на BoC. 47 Друг критичен фактор е поддържането на напрежението на срязване в ендотелната бариера. Потокът от кръвен заместител трябва да се подава към BoC с достатъчно малка площ на капилярното напречно сечение, за да се поддържа срязване от около 1,5 Pa без прекомерни обемни скорости на потока. 51–53 Тази стойност също така ще определи фармакокинетичните параметри на мозъка, като повлияе на времето на престой и броя на Пекле на BoC капилярите.

В обобщение, мащабирането на BoC се върти около NVU и е фокусирано върху осигуряването на правилното метаболитно търсене в сравнение с други органи и уникалните транспортни свойства на BBB. С развитието на тези технологии ще стане по-ясно кои от тези закони за мащабиране са от решаващо значение за успеха, както и къде мащабирането може или трябва да бъде нарушено в полза на реалистичното прилагане на тези технологии за рутинни изследвания.

Сърцето

Сърдечните параметри в електронната таблица за мащабиране на ESI† поддържат няколко от основните проблеми на сърдечното скалиране, които обсъдихме. Например, ако сърдечна конструкция трябва да се използва като флуидна помпа, която осигурява и поддържа циркулацията на кръвен сурогат през свързана OoC система, тогава функционалните параметри като транспортен капацитет, фракция на изтласкване и фракционно скъсяване на клетките стават въпроси от първостепенно значение за мащабиране важност. Електронната таблица за мащабиране ESI† е създадена, за да заобиколи необходимостта от търсене на параметри на отделни органи, които често варират в литературата и вида на вида. Освен това, желан размер на орган може да се използва за бързо изчисляване на приблизителни стойности на параметрите за орган с определен размер въз основа както на алометрично, така и на функционално мащабиране. По този начин таблицата е ценен ресурс за бързо и ефективно апроксимиране на функционални и структурни параметри за OoC дизайн и също така подчертава редица проблеми с мащабирането, които трябва да бъдат взети предвид по отношение на критериите за проектиране.

Съставът и биохимичните фактори са от значително значение при моделирането на сърдечна тъкан на бозайници, която е по своята същност хетерогенна, съдържаща кардиомиоцити, фибробласти, съдови гладки мускулни клетки, ендотелни клетки и невронни клетки сред други по-малко разпространени немиоцитни клетки. 59 Всички тези типове клетки взаимодействат чрез различни биохимични фактори и сигнални механизми за поддържане на фенотипа на кардиомиоцитите и функцията на тъканите. 60–65 По отношение на тези основни сигнални пътища, може да се наложи да се вземат предвид екзогенни източници на биохимични фактори, които са мащабирани спрямо масата, обема и състава на целевата тъканна конструкция. Трябва също да се има предвид, че размерът на структурата на органа ще ограничи способността за точно пресъздаване на характеристиките на сърцето на бозайник (напр., ако размерът на сърдечната конструкция е ограничен до 1-2 клетки с дебелина, както би било необходимо за μсърце, тогава реализацията на ендокард и включването на всички нативни клетъчни типове няма да бъде осъществимо, докато това може да е възможно с mHeart с дебелина 15 миоцита).

Тъканната архитектура и метаболизмът също трябва да бъдат взети под внимание. Специализираните клетки, които включват сърдечна тъкан, са организирани в силно специфична структура, която води до трансендотелен биохимичен градиент, който образува кръвно-сърдечната бариера. Освен това, влакната в сърцето са подравнени в анизотропни, спираловидно навити слоеве, които придават уникални, пространствено-времево динамични биомеханични свойства на сърдечната тъкан. Този въпрос е от ключово значение, когато се обмисля използването на скеле или субстрат като платформа за култура, тъй като несъответстващите свойства на субстрата и тъканите могат да доведат до значително намаляване на функцията на сърдечната помпа. В допълнение към сложната си архитектура, сърдечната тъкан е много метаболитно активна и изисква достатъчно оксигенация. По този начин, мащабирането на клетъчния метаболизъм е друга грижа, тъй като балансът на предлагането и търсенето на енергия е от съществено значение за поддържане на функцията на сърдечната помпа. За да отговори на това търсене, естествената сърдечна тъкан съдържа гъста, сложна мрежа от миокардни капиляри, които проникват ортогонално през миокарда. Въпреки това, рекапитулирането на сложна мрежа от капиляри с малък диаметър може все още да не е осъществимо in vitro, въпреки че последните разработки са обещаващи. 66,67 В резултат на това използването на планарна дифузия може да бъде достатъчно засега, тъй като намалената дебелина на култивирания миокард от проектирана сърдечна тъкан може да позволи адекватна оксигенация без съдова перфузия.

Потокът на течности и други биомеханични стимули на сърдечната тъкан са неразделна част от различни вътрешни механизми за контрол на сърцето. Синхронизираното свиване на кардиомиоцитите води до сложни механизми на механо-електрическа обратна връзка чрез активиране на активирани от разтягане канали и модулиране на обработката на клетъчния калций, ендокардът реагира както на флуидни срязващи напрежения, така и на пулсиращо циклично напрежение, като освобождава паракринни и ендокринни сензорни фактори и барорецептори за обратна връзка в различни форми на клетъчна сигнализация. При нормални условия на срязване на течности, ендотелните и съдовите гладкомускулни клетки имат относително ниски нива на пролиферация, докато анормалните хемодинамични състояния водят до патологични клетъчни фенотипове, които са свързани с редица сърдечно-съдови заболявания. 68 Следователно правилното мащабиране на биомеханичните свойства във връзка с динамиката на течностите е от решаващо значение за моделирането както на нормална, така и на патологична сърдечна тъкан. За да се постигнат физиологични напрежения на срязване на флуида в миниатюрни работещи сърдечни конструкции, трябва по подходящ начин да се приложи обемно и съпротивително мащабиране чрез модулиране на скоростите на потока и вискозитета на кръвния заместител/средата в съответствие с геометрията на биореактора и тъканната конструкция. Тези проблеми с мащабирането придобиват значение само при интегриране на технологиите сърце върху чип в мултиорганоидни конструкции, особено ако сърдечната тъкан трябва да отговаря за сърдечния дебит, за да перфузира цялата мрежа от органи. Тук сърдечният дебит (т.е. ударен обем, сърдечен ритъм, фракция на изтласкване и др.), размерът на тъканта, метаболитните и перфузионните изисквания на други тъкани, общото периферно съпротивление и резидентния кръвен сурогатен обем са всички променливи, които трябва да бъдат правилно мащабирани една спрямо друга. Колкото и обезсърчително да е, мащабирането на биологичните променливи за интегрирането на множество конструкции на човешки органи осигурява основа за изработване на функционални mHu или μHu конструкции, които биха рационализирали разработването и откриването на лекарства и биха създали по-реалистична клетъчна микросреда от монослойните монокултури в петриеви блюда или кладенци.

Като цяло всеки от тези проблеми с мащабирането заслужава внимание при проектирането на проектирани сърдечни конструкции, а оптимизирането на технологиите сърце върху чип, да не говорим за всички технологии орган върху чип, е компромис между достоверността и функционалността. абстракция.

Бъбрек

Електронната таблица за мащабиране на ESI† предоставя примери и литературни препратки за редица функционални и структурни фактори, които трябва да се вземат предвид при скалирането на бъбреците. На първо място, моделът на бъбреците трябва да се мащабира, за да филтрира достатъчно циркулиращия обем кръв в HoC конструкцията и да постигне физиологично релевантни скорости на гломерулната филтрация. Второ, моделът трябва да бъде манипулиран, за да се улеснят физиологичните скорости на фракционна реабсорбция, предизвикателен подвиг поради големите несъответствия между in vivo функционалността и in vitro производителността. Бъбрекът също така предоставя уникален пример за орган, в който запазването на геометрични характеристики, като противотоков механизъм и обменник, е от решаващо значение за реализирането на точен модел на човешкия бъбрек.

Функционалното лющене започва в гломерула. Скоростта на гломерулна филтрация (GFR) при човек с тегло 70 kg произвежда 125 ml min −1 ултрафилтрат и следователно 125 μL min −1 във функционален milliHuman (mHu). 39 Съотношението на повърхността на гломерулния хемофилтър към порестата повърхност може да бъде оптимизирано в модела, за да се постигне тази скорост на филтрация, като се има предвид, че физическият филтър ще бъде различен от биологичния.

Рекапитулацията и последващото мащабиране на специфичните транспортни, метаболитни, ендокринни и имунни дейности на бъбречните тубули представляват огромни предизвикателства за производство и мащабиране. 69,70 Потенциалният подход започва с функционално мащабиране на скоростта на реабсорбция на активното разтворено вещество в проксималния тубул. Например, човек с тегло 70 kg обикновено филтрира 180 g на ден D-глюкоза, почти цялата от които се реабсорбира в проксималната тубула, следователно, mHu бъбреците трябва да филтрират и впоследствие да реабсорбират около 180 mg глюкоза на ден. 71 Тъй като метаболитната активност и способността за активен транспорт на проксималните клетки in vitro могат да се различават значително от количествата in vivo, трябва да се проведат предварителни in vitro изследвания, за да се характеризира фенотипа на клетките на проксималните тубули на човека в единични кухи влакна. От тези резултати можем да предвидим броя на клетките и повърхността, необходими за функционално мащабиране на реабсорбцията на разтворено вещество. Манипулирането на геометричните размери или използването на модули на успоредни проксимални тубули може да гарантира, че моделът на проксималния тубул може да получи подходящия обем ултрафилтрат от гломерулната единица.

Въпреки че мащабирането на механизма за концентриране на урината трябва да обхваща концепции за функционално мащабиране, подходът трябва също да обърне специално внимание на мащабирането на критичната архитектура на цикъла на Хенле. Въпреки че връзката между абсолютната дължина на цикъла и способността за концентриране на урината между видовете е силно дискутирана, създаването на кортикомедуларен осмотичен градиент е недвусмислено свързано с активната реабсорбция на Na + както и сложната геометрия на примката на Хенле. 72,73 При подход, подобен на този на модела на проксималния тубул, функционалното мащабиране в бримката на Хенле може да бъде постигнато чрез мащабиране на скоростта на Na + реабсорбция. Активна реабсорбция на Na + чрез Na/K-ATPase помпи, разположени в дебелия възходящ край на бримката на Henle (TAL), ефективно задвижва пасивния H2O реабсорбция в низходящия крайник. Освен това, Na/K-АТФазната помпа е широко характеризирана и може да се настройва с различни разтвори, хормони и лекарства и следователно може да служи като точка на модулация за целите на мащабирането. 74 Успешното мащабиране може да бъде невъзможно без запазване на архитектурни характеристики като противотоков механизъм и обменник. Изчислителното моделиране може да се използва за оптимизиране на съотношенията на дължината и повърхността към обема, необходими за установяване на физиологично релевантен осмотичен градиент за човек, 300 до 1200 mOsm, независимо от размера. 75 Освен това, „предварителното кондициониране“ на дълги бримки с къси бримки, както се вижда in vivo в съотношение от 85 къси към 15 дълги при хора, може да помогне за максимизиране на способността за концентриране на урината. 73,76

Бъбрекът е отличен пример за ключова концепция за дизайн на OoC/HoC: докато функционалното и биохимичното мащабиране може да осигури най-добрия подход за мащабиране на хистологичен участък на човек, някои функционалности на органите не могат да бъдат постигнати без възпроизвеждане и мащабиране на определени физиологични архитектури.

Черен дроб

Има обаче централни параметри на дизайна, за които има алометрични закони за мащабиране, но от които можем с основание да се отклоним за функционално мащабиране. За функционално мащабиране, ние твърдим, че чернодробната маса няма да следва алометричния закон за мощност и вместо това представлява 1/10 3 или 1/10 6 от това, което се намира в нормален човек. Например, въпреки че съществува алометричен закон за мощността за консумацията на кислород, ние вместо това използваме функционално мащабиране, като се има предвид, че метаболитното търсене на хепатоцит - приблизително 0,3 до 0,9 nmol s −1 /10 6 клетки - ще бъде еквивалентно в нашия мащабиран OoC. 80,81 Алометричната стойност за консумация на кислород в mHu (O 2 = 0,035 М б 0.69 , с М б в g, така че 60 g mHu ще има консумация на кислород в черния дроб от 0,59 ml min −1 ) подценява консумацията в сравнение с функционална пропорция на нормален човек (2,06 ml min −1 ). 9 Обърнете внимание, че ако транспортът на кислород през кръвния сурогат е недостатъчен, може да се използва система от хидрофобни кухи влакна за увеличаване на интерстициалната кислородна концентрация, без да се засяга интерстициалният или кръвния обем, както беше направено доста успешно за чернодробни HoCs. 82,83

В допълнение към правилното доставяне на кислород, има също така необходимост от засяване на подходящия брой клетки с достатъчна експозиция на кръвен сурогат. In vivo хепатоцитите седят в непосредствена близост до 1,4 μm перисинусоидното пространство (т.е. пространството на Disse), което разделя хепатоцитите от синусоидалната капиляра, която е средно с диаметър 10 μm и дължина 275 μm. Подходящите опасения са дали по-дълъг и по-голям in vitro модел на чернодробна синусоидна единица чрез биореактори с кухи влакна (HF) ще повлияе на доставката на хранителни вещества, ще създаде нежелани кислородни градиенти и/или ще добави необходимия обем предвид ограниченията на производството на HF. Въпреки че броят на хепатоцитите, необходими за функционален mHu, се изчислява на 3 × 10 8 клетки, не е ясно дали настоящата HF технология може да поддържа това. 83–85 Нито 3-D, плоски микрофабрикат или черен дроб с кухи влакна все още не са постигнали събиране на жлъчка, генерирана от чернодробните каналчета, в жлъчните пътища.

Валидирането на мили- и микрочернодробните модели ще се извършва предимно чрез итеративна in vitro-in vivo корелация на ксенобиотичния клирънс. Няколко групи са провели корелационни проучвания с общото убеждение, че всяко лекарствено съединение, не е изненадващо, може да има свой собствен закон за алометрична сила между видовете (поради метаболитни вариации), а също и различен фактор на мащабиране (поради допускания, направени в техния модел, като дифузионен бариери). 86–93 Например, Naritomi et al. установиха, че те могат да предскажат степента на клирънс при хора in vivo на осем моделни съединения от данни in vitro при хора чрез използване на коефициент на мащабиране на животни (Cl in vivo/ Кл инвитро) или от плъх, или от куче. Коефициентите на мащабиране са сходни за различните видове за всяко от осемте съединения, но варират от 0,3 до 26,6 пъти между съединенията. 89

Въпреки че тази вариация може да се окаже обезпокоителна при анализа на неизвестни съединения по време на етапите на оценка и откриване на лекарството, осъзнаването на правилно мащабирани входни параметри и задълбочен анализ на широк спектър от моделни съединения (напр. ацетаминофен, диазепам) ще помогнат за изграждането на предсказуеми фармакокинетични/фармакодинамични (PK/PD) модели на системата OoC.

И накрая, Boxenbaum отбелязва в ранен документ за алометричното скалиране на степените на изчистване, че тези модели може да не се окажат точни, особено при малки маси, тъй като пресечната точка на алометричното уравнение предсказва ненулева скорост на изчистване при 0 g. Този срив на алометричната теория в микро- и милимащаб дава достоверност на необходимостта от мащабиране въз основа на функцията на органа. 22

ESI† Scaling Spreadsheet предоставя колекция от функционални и структурни белодробни променливи. Несъответствията между алометричните експоненти показват разрив между структурата и функцията, илюстрирайки нов проблем при конструирането на HoCs. Както обсъдихме, може да са необходими допълнителни поддържащи системи, като помощ от микроформулатор, за да се осигури най-точната структура/функция μLung конструкция, включена в HoC. Следователно стабилната таблица със стойности за мащабиране е ценен референтен инструмент, когато се правят неизбежните компромиси при проектирането на свързана OoC система.

Алометричното лющене в бронхиалната област се открива в диаметрите на трахеята и бронхиолите. Алометрично, диаметърът на терминалната бронхиола е с експонента 0,21, докато радиусът на трахеята е с експонента 0,39. Това обаче представлява проблем: алометрично мащабиран, μHu ще има диаметър на терминалния бронхиол от 30 μm, което е близо до границата на настоящата технология за меко-литографско микропроизводство, ако кухи влакна се използват за по-големите бронхиални тръби с минимален диаметър 200 μm, микрофлуидната мрежа ще изисква приблизително шест двоични разделяния, за да се постигне диаметър 240 μm. Трябва да се нарушават или законите за мащабиране, или да се използват нови техники за производство 94 за приспособяване и създаване на жизнеспособна μHu трахея/бронхи система. 9

Алометричното мащабиране в алвеолите също е от решаващо значение. Най-важната функция на алвеолата е оксигенацията, така че мащабирането трябва да бъде насочено към задоволяване на нуждите от оксигенация, ако е необходимо за MPS. Критичният параметър, който трябва да бъде правилно мащабиран, е повърхностната площ, тъй като тя е основният компонент на закона на Фик и управлява дифузионния капацитет през алвеоларно-капилярната бариера. Белодробен дифузионен капацитет (DLO2) мащабира линейно с телесна маса с експонента ∼1. 95 Това означава, че DL02съотношението на телесна маса е относително постоянно при всички бозайници. Дифузионният капацитет е свързан с площта на алвеоларната повърхност, средната дебелина на бариера и обема на капилярната кръв, а алометричните коефициенти са 0,95 за повърхностна площ, 0,05 за дебелина на бариерата и около 1 за обема на капилярната кръв. 95

За да се възпроизведе μHu, алвеоларният диаметър би бил 21 μm - с порядък по-малък от средния диаметър 200 μm на човек. Диаметърът на епителна клетка тип 1 е около 20 μm. По този начин всяка отделна μHu алвеола би изисквала само една епителна клетка, 9,96, но цялата алвеола за 0,1 μHu може да бъде моделирана от правоъгълна мембрана на подходящата област. 17,18

Друг аргумент за мащабиране, който трябва да се вземе предвид, е съотношението маса на тъканта към обема на средата, в този случай обемът на белодробната тъкан към обема на кръвта. Обемът на кръвта е линейно свързан с телесната маса при бозайници (алометрична степен 1). По този начин мащабирането на повърхността на белодробната тъкан и обема на кръвния заместител в HoC зависи от общата маса на системата и ако и двете са мащабирани правилно, тогава концентрацията на кислород трябва да е достатъчна. Ако лющенето се игнорира, могат да възникнат проблеми с повърхността, необходима за снабдяване на кръвта с достатъчно кислород за метаболитни нужди. 95

Един μLung ще има 184 000 клетки в алвеоларната област. Около 37% от тях (интерстициалните клетки) могат да бъдат елиминирани, тъй като само ендотелни клетки, тип I и II и макрофаги са необходими за създаване на функционална алвеоларно-капилярна единица. Правилното процентно разграждане на клетките е важно, за да се гарантират достатъчно паракринни фактори и производство на повърхностно активно вещество. 97–99

Факторът за мащабиране, който изглежда представлява най-голямото предизвикателство за μLung, е скоростта на дишане. Ако използваме алометрично скалиране, μLung ще трябва да вдъхновява 643 пъти в минута, за да поддържа правилна оксигенация. Поради напрежението, което това би поставило върху полимерна мембрана с дебелина 1 μm, вероятно тази честота ще трябва да бъде забавена, за да се предотврати разкъсване. В резултат на това ще трябва да се добави повече повърхностна площ или да се използват по-високи концентрации на кислород, за да се компенсира загубата на скорост, за да се поддържа минутен обем от 0,17977 mL min −1 консумация на кислород. Това подчертава предизвикателствата на мащабирането, особено в микро- и наномащабите, където ограниченията, наложени от технологиите за небиологично производство, предотвратяват изпълнението на проектните параметри, без да се нарушават законите за мащабиране, 100 което може да доведе до по-малко точна абстракция. Следователно е от решаващо значение да посочите желаните белодробни функции и да мащабирате устройството, за да ги постигнете.

Кръв

Алометричното мащабиране на кръвните компоненти дава известна представа за това как трябва да бъде конструиран сурогатът. Електронната таблица за мащабиране ESI† потвърждава проблемите с мащабирането, които трябва да бъдат взети предвид при проектирането на кръвен заместител. Първо, може да се види, че концентрациите в кръвта остават практически еднакви в организми от всякакъв размер: удобно е концентрациите на забележително голям брой кръвни компоненти да не се променят с телесната маса. 101 Това означава, че създаването на кръвен заместител може да се възползва от големия обем работа, която е завършена по създаването на клетъчна среда. Второ, може да се отбележи, че обемът на кръвта се мащабира линейно с масата, така че общият обем на кръвния сурогат в OoC/HoC устройство трябва да бъде пропорционален на целия размер на устройството. За всички неводни бозайници обемът на кръвта е около 6-7% от общия обем на тялото. 100 Мащабирането на обема на кръвния заместител с размера на устройството OoC/HoC е необходимо, за да се гарантира, че сигналните и другите транспортирани молекули не са прекомерно разредени и че общата маса на транспортираните кръвни заместители е достатъчна за поддържане на органите. Трето, електронната таблица показва критичните функционални параметри, за да се гарантира, че клетките се държат по физиологичен начин. Епителните клетки в контакт с кръвния заместител трябва да имат същото напрежение на срязване, което клетките изпитват в тялото, за да постигнат необходимата поляризация. Освен това клетките трябва да изпитват същите нива на кислород и въглероден диоксид, които са продиктувани от възможностите за транспортиране на газ на кръвния сурогат, за да се поддържа физиологичният метаболизъм на клетките. Показани са и физичните свойства на редица различни кислородни носители. Електронната таблица се основава на мащабирането на цялостна система, както е обсъдено по-горе, може да е необходимо да се коригира хидродинамичната, метаболитната и химическата активност на органи, които не са включени в системата.

Следователно, малко трябва да се промени в нормалната кръв, за да се образува кръвен заместител. Въпреки това, има други проблеми с мащабирането, които трябва да бъдат взети предвид, за да се гарантира, че клетките в mHu и μHu се държат физиологично.

Първо, кръвният заместител трябва да рекапитулира физиологичните свойства за транспорт на кислород. Експериментите показват, че скоростта на доставка на кислород до клетките влияе върху скоростта на метаболизма на клетките. 102 Съществуват програмни разлики по отношение на пригодността на серума в OoC/HoC система: съобщението на програмата 23 на Агенцията за намаляване на заплахите на отбраната (DTRA) изключва използването на серум, докато програмата 103 на Агенцията за напреднали изследователски проекти на отбраната (DARPA) не. Ако се използва обикновена безсерумна водна културална среда, ниската концентрация на разтворен кислород в средата може да ограничи скоростта на метаболизма и да повлияе на мащабирането на капилярите повърхност към обем. Следователно нивото на кислороден транспорт, което клетките изпитват in vivo като активирано от хемоглобина, трябва да бъде функционално имитирано с кръвния сурогат. Ако не се използват еритроцити, перфлуоровъглеводородите и кислородните носители на базата на хемоглобин могат да бъдат много ефективни за постигане на това. 104–106 Ако не се използва човешки или животински серум, може да са необходими подходящи концентрации на протеини носители, като албумин, за да се възпроизведе химическата комуникация орган-орган.

За да поддържа HoCs, кръвният сурогат трябва да поддържа множество типове клетки, като същевременно оптимизира физиологичните процеси. Въпреки че няма известна универсална среда без серум, редица различни формулировки на минимални среди могат да бъдат използвани като отправна точка за създаването на среда, която може да поддържа множество типове клетки. 107,108 За постигане на оптимална клетъчна функционалност и дълголетие, към тази минимална среда трябва да се добавят добавки. 109

Въпреки че са разработени редица ефективни средни формулировки за растеж и поддържане на множество типове клетки, тези смеси на среда не са широко тествани за взаимосвързани HoCs. За системите OoC/HoC това представлява значително предизвикателство поради диференциалното мащабиране, едновременното поддържане на множество типове клетки и рециркулационния характер на HoCs. Логиката диктува, че по време на потока на кръвния заместител в HoC, някои компоненти ще бъдат абсорбирани или метаболизирани, докато други ще бъдат добавени към кръвния заместител, с отрицателно въздействие върху HoCs надолу по веригата.

Един метод, който е успешно използван за създаване на общ кръвен заместител за редица различни клетки в OoC/HoC, първо включва комбиниране на установените безсерумни среди от всеки клетъчен тип, които могат да бъдат намерени в литературата, за създаване на база среден. След това различни други компоненти, като растежни фактори и добавки, се добавят за оптимизиране на физиологичната функционалност, въз основа на редица различни физиологични мерки. И накрая, тъй като някои от компонентите на средата поддържат един тип клетка, но пречат на други, се използва една от няколко различни техники, за да се гарантира, че всеки орган получава оптимална подгрупа от компонентите на кръвния заместител. Zhang et al. 108 демонстрира този метод чрез създаване на кръвен заместител, който поддържа четири култивирани типа клетки: черен дроб (C3A), бял дроб (A549), бъбрек (HK-2) и мастна тъкан (HPA). Друг вариант е да се отглеждат клетки в изолирани OoC/HoCs върху предпочитаната от тях среда и след това постепенно, чрез контролирани клапани, бавно да се отвеждат от тази среда към универсалната.

В допълнение, някои свойства на кръвта и свързаните структури, които съществуват физиологично, все още не могат да бъдат възпроизведени с HoCs.Например, капилярите, които имат относително постоянен размер при различните видове, са твърде малки, за да бъдат пресъздадени в момента, така че трябва да се внимава да се проектират HoCs така, че физическите характеристики на кръвния заместител, като поток, обем и напрежение на срязване , съвпадат с тези в малките капиляри. Наложително е напрежението на срязване на стената в HoCs да се съпостави с това на микросъдовете, за да се постигне същата механотрансдукция и генна експресия в ендотелните клетки като при хората. 52 Това може да бъде решено чрез самоорганизираща се микроваскулатура на чип. 66,67

Освен това е важно да се разбере PK/PD мащабирането, за да се добавят лекарства към HoC/OoCs на подходящи нива и да се използват HoC/OoCs за прогнозиране на фармакокинетиката при хора. 2,3 Класическата зависимост на мащабиране за дозиране на лекарство/сигнал е, че способността на тялото да използва и метаболизира лекарства/сигнали варира в зависимост от повърхността. 110 Но тези закони за мащабиране са критично зависими от биохимичните механизми и физичните свойства на органите. 111 Ако органите не имитират функционално физиологията, те биха могли да не успеят да предскажат PK/PD на хората. Разликите в транспорта на лекарства и метаболизма в HoC могат да направят типичното алометрично PK/PD скалиране безполезно. Това може да се види ясно от факта, че PK/PD варира значително между кърмачета и възрастни. 112

И накрая, кръвният заместител ще изисква поддържащи системи, които могат да осигурят липсваща функционалност, необходима за кръвен заместител и поддържане на органи. Както е необходимо, микроформулатор 108 може да осигури медийни добавки, специфични за всеки орган. 108 Микроформулаторът може да се използва за локално добавяне на медийни компоненти към конкретен орган. Филтър за изключване на размера или камера или матрица за улавяне на афинитет (Donna Webb, лична комуникация) могат да се използват за отстраняване на всякакви токсични молекули, произведени от един орган, преди да достигнат до други органи. Компютърно управляваните микроформулатори биха могли също да осигурят регулирано инжектиране на молекули, които не могат да се поддържат само от системата и такива от органи, които не са в HoC. 24,113

Клетъчна хетерогенност

Орган Брой типове клетки, N Тип клетка %
Мозък (неокортекс) 42 4 Глия 41%
Неврони 33%
Съдова 17%
микроглия 8%
Обща сума 100%
Сърце 59,60 5 Кардиомиоцити 55%
Фибробласти 25%
Съдова гладка мускулатура 10%
Ендотелен 7.0%
Невронна 3.0%
Обща сума 100%
Черен дроб 116 4 Хепатоцит 60%
Синусоидален ендотел 20%
Купфер 15%
Чернодробна звезда 5.0%
Обща сума 100%
Бели дробове (алвеоларни) 97 5 Ендотелен 39%
Заставка 29%
Тип II епителен 18%
Тип I епителен 11%
Алвеоларни макрофаги 3%
Обща сума 100%
Кръв 117 6 Еритроцити 99%
Неутрофили 0.50%
Лимфоцити 0.30%
Моноцити 0.050%
Еозинофили 0.025%
Базофили 0.007%
Обща сума 99.9%

Барнард, Н. (1998, 25 септември). Обучители на учители под наблюдение. Образователна добавка Times, 22-25.

Beal, C. R., & amp Arnold, D. S. (1990). Ефектът на инструкциите върху специфичността на изгледа при избор на рисунки и картини от малки деца. Британско списание за психология на развитието, 8, 393-400.

Блум, JW (1992). Развитието на научното познание при децата в началното училище: контекст на смисъла. Научно образование, 76, 399-413.

Buckley, B., Boulter, C., & Gilbert, J. (1997). Към типология на моделите за научно образование. В J. Gilbert (ред.), Изследване на модели и моделиране в научно-технологичното образование (стр. 90-105). Рединг, Англия: Университет Рединг.

Каравита, С., и Тонучи, Ф. (1987, юли). Как децата познават връзките между биологичната структура и функция. Доклад, представен на Втория международен семинар: Погрешни схващания и образователни стратегии в науката и математиката, Университет Корнел, Итака, Ню Йорк.

Кери, С. (1985). Концептуална промяна в детството. Кеймбридж, Масачузетс: Масачузетски технологичен институт.

Кокс, М. (1989). Детски рисунки. В D. J. Hargreaves (ред.), Децата и изкуствата (стр. 43-58). Бъкингам, Англия: Open University Press.

Кокс, М. (1997). Рисунки на хора под 5-годишна възрастс. Лондон: Falmer Press.

Гелерт, Е. (1962). Детските представи за съдържанието и функциите на човешкото тяло. Монографии по генетична психология, 65, 293-405.

Gilbert, J. K., Boulter, C. J., & amp Elmer, R. (2000). Позициониране на модели в научното образование и в дизайна и технологиите. В J. K. Gilbert и C. J. Boulter (ред.), Разработване на модели в научното образование (стр. 3-17). Дордрехт, Холандия: Kluwer Academic Publishers.

Gipps, C. (1999). Социокултурни аспекти на оценяването. В A. Iran-Nejad, & P. ​​D. Pearson (ред.), Преглед на изследванията в образованието (Том 24). Вашингтон, окръг Колумбия: Американска асоциация за образователни изследвания.

Goldman, R., & Goldman, J. (1982). Сексуалното мислене на децата: Сравнително проучване на деца на възраст от 5 до 15 години в Австралия, Северна Америка, Великобритания и Швеция. Лондон: Рутледж и Кеган Пол.

Guichard, J. (1995). Проектиране на инструменти за развитие на концепцията на обучаемите. Международно списание за научно образование, 17, 243-253.

Johnson, C. N., & Wellman, H. M. (1982). Развитието на децата за ума и мозъка. Детско развитие, 53, 222-234

Leach, J., Driver, R., Scott, P., & Wood-Robinson, C. (1995). Детски идеи за екология 1: Теоретична основа, дизайн и методология. Международно списание за научно образованиен, 17, 721-732.

Mintzes, J. J. (1984). Наивни теории в биологията: Детски представи за човешкото тяло. Училищни науки и математика, 84, 548-555.

Мичъл, М. (ред.). (1987). Macmillan интегрирана научна книга 2. Basingstoke, Англия: Macmillan Education.

Новак, Дж. Д., и Мусонда, Д. (1991). Дванадесетгодишно продължително изследване на изучаването на научната концепция. American Educational Research Journal, 28, 117-153.

Osborne, J., Wadsworth, P., & amp Black, P. (1992). Процеси на живот: Доклад за изследване на първичен космически проект. Ливърпул, Англия: Liverpool University Press.

Osborne, R. J. и Gilbert, J. K. (1980). Техника за изследване на възгледите на учениците за света. Образование по физика, 15, 376-379.

Reiss, M. J. (1998). Представянето на човешката сексуалност в някои учебници по наука за 14-16 годишни. Изследвания в областта на науката и технологичното образование, 16, 137-149.

Selles, S. E., & Ayres, A. C. B. M. (1999, септември). Детски представи на храносмилателната система от гледна точка на базирано на модел преподаванед. Доклад, представен на Втората международна конференция на Европейската асоциация за научни изследвания в областта на научното образование, Университета в Кил, Кил, Германия.

Спрод, Т. (1997). — Всъщност никой знаяs': Структурата и анализа на социалните конструктивистки дискусии в цял клас. Международно списание за научно образование, 19, 911-924.

Sutton, C. (1992). Думи, наука и учене. Бъкингам, Англия: Open University Press.

Teixeira, F.M. (1998, ноември). Какво се случва с храната, която ядем? Детските представи за структурата и функцията на храносмилателната система. Доклад, представен на Конференцията на европейските изследователи по дидактика на биологията, Университета в Гьотеборг, Гьотеборг, Швеция.

Tunnicliffe, S. D., & Reiss, M. J. (1999a). Разбирания на учениците за животинските скелети. Международно списание за научно образование, 21, 1187-1200.

Tunnicliffe, S. D., & Reiss, M. J. (1999b). Изграждане на модел на околната среда: Как децата виждат животните? Списание за биологично образование, 33, 142-148.

Tunnicliffe, S. D., & Reiss, M. J. (1999c). Говорейки за саламурени скариди: Три начина за анализ на разговорите на учениците. Изследвания в областта на науката и технологичното образование, 17, 203-217.

Уайт, Р. Т., и Гънстоун, Р. Ф. (1992). Проучване на разбирането. Лондон: Falmer Press.

Willats, J. (1977). Как децата се учат да представят триизмерно пространство в рисунки. В G. Butterworth (Ред.), Детското представяне на света (стр. 189-202). Ню Йорк: Пленум.

Уилямс, Т., Уетън, Н. и Мун, А. (1989). Картина на здравето: Какво правите, което ви прави здрави и поддържа здрави? Лондон: Орган за здравно образование.


Тъкани, органи и органи и системи от органи Биология Единица Множествен избор 10 клас Наука

Продавам 5 вида продукти: захранващи точки, тестови пакети, пакети с работни листове, въпроси с множествен избор и въпроси с кратък отговор. Продавам продукти за 4 различни курса: химия 12 клас, химия 11 клас, физика 11 клас и наука 10 клас.

Споделя това

Този продукт съдържа 10 страници с въпроси с множествен избор за тъкани, органи и системи от органи. Темите включват тъкани, органи, системи от органи, епителна тъкан, мускулна тъкан, нервна тъкан, съединителна тъкан, храносмилателна система, панкреас, черен дроб, жлъчен мехур, епиглотис, ларинкс, стомах, дихателна система, ноздри, уста, бели дробове, реснички, бронхи , трахея, алвеоли, кръвоносна система, сърце, аорта, вентрикула, вена, артерии, капиляри, скелетна система, мускул, кости, сухожилия, връзки, хрущял, епидермис, нерви, нервна система, палисадна тъкан, гъбест мезофил, ксилема, коренова капачка , съдова тъкан, осмоза, дифузия, транспирация, цветя, плодове, яйчници, тичинки, плодник, чашелистчета, венчелистчета, прашник и нишка.

Всички въпроси с множествен избор са с 12 шрифт, пъти нов римски, без текстови полета и кондензирани в възможно най-малко пространство. Тези въпроси с множествен избор са подходящи за използване за научни тестове или викторини за 10 клас. Всички въпроси с множествен избор, въпроси с кратък отговор, Power Points, работни листове, викторини, лабораторни упражнения и тестове, които публикувам, са правилно форматирани и готови за печат. Те са проверени за грешки и печатни грешки!

Отзиви

Вашата оценка е необходима, за да отразява вашето щастие.

Хубаво е да оставите малко отзиви.

Нещо се обърка.Моля опитайте по-късно.

Този ресурс все още не е прегледан

За да гарантираме качеството на нашите отзиви, само клиенти, които са закупили този ресурс, могат да го прегледат

Докладвайте този ресурс, за да ни уведомите, ако нарушава нашите правила и условия.
Нашият екип за обслужване на клиенти ще прегледа вашия доклад и ще се свърже с вас.


Органни системи на човешкото тяло и техните функции – 11

Човешкото тяло се състои от различни сложни органи, които също са разделени на по-малки единици и на специфични части на тялото. Без значение колко малка или голяма може да е всяка част, те работят заедно като едно и позволяват на човека да живее в пълен потенциал.

Кръвоносна система

Кръвоносната система работи като транспортьор на хранителни вещества и газове по цялото тяло и във всяко тъканно влакно, до всяка клетка. Разпределението на хранителните газове става възможно от кръвта, която циркулира във всяка част на тялото.

Подразделения:

  • Сърдечносъдова система: съставен от сърце, кръв и кръвоносни съдове. Основният работник на това подразделение е сърцето. Сърцето позволява на кръвта да циркулира през кръвоносните съдове в цялото тяло.
  • Лимфна система: съставен от лимфни съдове, лимфни възли, сливици, далак и тимус. Основната работа на това подразделение е да произвежда и разпространява лимфоцити, които са имунни клетки чрез свързване на артерии и вени.

Храносмилателната система

Храносмилателната система се състои предимно от устата, стомаха, тънките и дебелите черва и ректума. От друга страна, спомагателните органи като зъби, език, черен дроб и панкреас помагат на първичните органи да направят разграждането на храната лесно и управляемо.

Тази храносмилателна система прави храната, която ядем, вещества, които подхранват и активират тялото ни под формата на енергия. Ензимите и храносмилателните сокове играят жизненоважната роля за превръщането на мазнините, протеините и въглехидратите в енергия, която тялото ни използва всеки ден.

Ендокринна система

Ендокринната система играе голяма роля във физическия растеж, хомеостазата, метаболизма и сексуалното развитие на човешката анатомия. Системата излъчва и се справя с хормоните и хормоналната функция. Основните части включват: хипофизна жлеза, епифизна жлеза, щитовидна жлеза, тимус, яйчници (жени) и тестиси (мъже).

Покривна система

Покривната система, която включва кожата, ноктите, косата и потните жлези, предпазва вътрешните органи от увреждане или нараняване. Освен това, той предотвратява дехидратацията, съхранява мазнините и прави витамини за тялото.

Мускулна система

Мускулната система е свързана с мускулни тъкани и помага на цялото тяло да бъде гъвкаво в движенията.

Нервна система

Нервната система служи като контролен център за цялата човешка анатомия. Той координира и наблюдава вътрешните органи, за да отговаря на външната среда. Системата се състои от мозъка, гръбначния мозък и нервите.

Репродуктивна система

Репродуктивната система позволява на хората да произвеждат своето потомство чрез полов акт и осигурява производството на полови клетки до развитието на потомство.

  • Мъжки репродуктивни органи: тестиси, скротум, пенис и простата
  • Женски репродуктивни органи: вагина, яйчник, матка и млечни жлези

Дихателната система

Дихателната система позволява на кислорода да влезе в тялото. Това става възможно чрез дишане или вдишване. Носът, ларинксът, трахеята, диафрагмата, бронхите и белите дробове са основните органи, които изграждат дихателната система.

Уринарна/отделителна система

Пикочната или отделителната система филтрира и изхвърля излишната течност или друго вредно вещество, изтичащо през кръвта. Бъбреците, уретрата и пикочните мехури са основните органи в тази система.

Скелетна система

Скелетната система е рамката на нашето тяло. Това означава, че придава форма и форма, като позволява на тялото да се движи свободно. Освен това предпазва тялото ни и най-вече вътрешните органи от наранявания. Помага на тялото да съхранява минерали и да произвежда кръвни клетки. Тази система се състои от кости, хрущяли и стави.


Гледай видеото: Karaciğerin Zehir dolu olduğunu gösterir belirtiler. Sizinki ne DURUMDA? (Юни 2022).


Коментари:

  1. Cupere

    Какво може да има предвид?

  2. Mibar

    Достатъчно

  3. Tag

    Може да се обсъжда безкрайно.



Напишете съобщение