Co je neuron? Jan Evangelista Purkyně (1787

Co je neuron? Jan Evangelista Purkyně (1787

1. Kreativita – neuron
Neuron jsme vyrobili z překližky a
nastříkali barvami. Pro lepší efekt
jsme neuron vybavili svítícími
diodami, abychom zdůraznili
elektrické vedení v neuronech.
2. Teorie a výzkum – lidské tělo a jeho smysly
Co je neuron?
Neuron je základní funkční buňkou nervové tkáně. Jsou to specializované
buňky, schopné přijmout, zpracovat a vést speciální signály. Přenáší a
zpracovávají informace z vnitřního i vnějšího prostředí a tím podmiňují
schopnost organismu na ně reagovat. Neuron jako základní jednotku
nervové tkáně popsal roku 1835 Jan Evangelista Purkyně.
Velikost se pohybuje od 6µm do 100 µm.
Tělo neuronu
Tělo neuronu je část nervové buňky, ve které se nachází jádro. Jádro je poměrně velké. V cytoplasmě těla jsou organely
např. mitochondrie (část živočišné i rostlinné buňky). Ve všech neuronech se také nacházejí lyzozomy (kulovitý
membránový útvar), které mohou obsahovat pigment.
Výběžky neuronů
Výběžky se dělí na 2 typy:
Na dendrity (krátké) které jsou dostředivé a neurity neboli axony (můžou být až 150cm dlouhé) které jsou odstředivé.
Výběžky jsou součástí neuronu. Je-li výběžek přerušen a ztratí kontakt s tělem neutronu zaniká. Neurity jsou obaleny
myelinovou pochvou, která s věkem a špatnou životosprávou zaniká.
Funkce
Neurony jsou jedinečné v tom, že dokážou rychle přenášet informaci ve formě podráždění. Strukturou k přenosu
podráždění je neuronální membrána, ve které se nachází iontové kanálky. Na membráně dendritů a těla, kde nasedají
synapse (zakončení výběžků), převažují iontové kanály řízené chemicky, jinak převažují kanály řízené elektricky. To
znamená, že když nás něco píchne nebo řízne tak pomocí elektrických a chemických iontů se dostane do míchy, která
vše zpracuje a pošle signál do mozku a do svalů.
Jan Evangelista Purkyně (1787-1869)
Český vědec a fyziolog, který se významně podílel na objevení neuronu.
V 19. století se se vědci rozdělili do dvou skupin. První skupina – retikularisté – věřili, že se
nervový systém skládá z velké souvislé sítě tkáně zvané retikulum. Druhá skupina –
neuronisté – tvrdili, že je nervový systé m tvořen z různých částí nebo buněk.
V roce 1838 byla navržena za základní funkční jednotku živých organismů buňka. Lidský
mozek byl však považován za výjimku až do konce 19. století.
Díky tehdejší pozorovací technice se nervová vlákna nevešla pod mikroskop celá - takže části
neuronů bylo možné studovat pouze samostatně.
V roce 1820 byly vyvinuty tzv. achromatické čočky, které umožnily využít lépe zvětšení
mikroskopů. Jedním z prvních, kdo nový mikroskop použil pro studium nervové tkáně, byl
Johannes (Jan) Evangelista Purkyně.
Nejznámější objevy:
 Purkyňova vlákna v srdci, které vedou elektrické impulsy




Purkyňovy obrázky (vnímání světla okem)
zárodečné váčky
potní žlázy v pokožce
otisky prstů by mohly být použity jako prostředek pro identifikaci osob
(daktyloskopie)
Nejznámější je však za objev Purkyňových buněk v tzv. malém mozku. Tato část mozku je
vývojově velmi stará a jeho buňky patří k největším v mozku obratlovců - tvoří tak první
neurony, které byly samostatně vědecky popsány.
Teoretický výzkum – energie a výkon lidského těla
Lidské tělo spotřebovává energii, kterou mu musíme dodávat (např. pití, jídlo, …). V ideálním případě dodáme přibližně
takovou energii, kterou spotřebujeme. A teď trochu čísel.
Aby člověk přežil, musí denně sníst potraviny s energetickým potenciálem 2 kilowatt hodiny. To odpovídá energii
7 200 000 J (2 kWh = 2000 Wh = 7 200 000 Ws = 7 200 000 J) neboli 1 728 kcal. K životu musí lidské tělo stále
produkovat 150 wattů, z toho 100 wattů připadá jen na základní metabolické funkce. Má tedy spotřebu jako dvě
středně výkonné žárovky. Za život spotřebuje přibližně 100 tisíc kWh energie (0,1 MWh), tedy jen 0,005 procenta
hodinového výkonu Temelína.
Nejvíce energie dodají tělu tuky. Z jednoho gramu se uvolní energie 39 kJ. Na druhém místě jsou cukry a bílkoviny – 17
kJ/g.
Teoretický výzkum – tělesná teplota
Smyslem řízení tělesné teploty (termoregulace) je udržovat teplotu jádra i při kolísání příjmu,
tvorby a výdeje tepla na určité stálé „žádané“ hodnotě. Ta činí v průměru 37 °C. Podléhá
dennímu kolísání o asi 0,5 °C (minimum je přibližně ve 3 hodiny v noci a maximum v 18 hodin
odpoledne).
Stoupá-li teplota těla nad žádanou hodnotu (např. při tělesné práci), zvýší se prokrvení kůže, a
tím se teplo odtransportuje ke kůži, kde dojde k ochlazení z vnějšího prostředí. Dále se zvyšuje
vylučování potu, což ochlazuje povrch kůže, a tím opět lépe dojde k výdeji tepla.
Klesá-li tělesná teplota pod náležitou hodnotu, je výdej tepla omezen a jeho produkce se zvyšuje. Hlavními
mechanismy jsou přitom svalové pohyby a svalový třes. Novorozenci velmi snadno prochladnou, neboť mají vysoký poměr
povrchu k objemu těla.
A jak vnímáme teplotu okolí? Teplota prostředí je vnímána jako "tepelná pohoda", když je prokrvení kůže na střední úrovni a
nemusí se aktivovat ani třes, ani potní žlázy. Tato tepelná pohoda závisí nejen na okolní teplotě, nýbrž také na oblečení, tělesné
aktivitě, větru, vlhkosti vzduchu a tepelném záření. V místnosti s 50% vlhkostí vzduchu, vsedě, v lehkém oděvu a v klidu je to při
teplotě 25 °C a bez oděvu 28 °C. Při práci v kanceláři klesá tato teplota na 22 °C, ve vodě stoupá podle tloušťky podkožní vrstvy na
31 °C (silná) až 36 °C (tenká).
video
3. Praxe a projekt – lidské tělo
A. Teplota lidské kůže
Má lidské tělo ve všech místech stejnou povrchovou teplotu? Vnitřní teplota je poměrně stálá, jak je to ale s teplotou
kůže? Pomocí teploměru jsme přeměřili teplotu na čele, ušním lalůčku, špičce nosu a na kotníku. Poté jsme se 5 minut
aktivně pohybovali a cvičili a měření zopakovali. Pro úplnost jsme ještě naměřili počet srdečních tepů a počet nádechů
před a po zátěži.
Počet nádechů za minutu před a po zátěži
Počet srdečních tepů za minutu před a po zátěži
Teplota čela před a po zátěži
Teplota ušního lalůčku před a po zátěži
Teplota nosu před a po zátěži
Teplota kotníku před a po zátěži
Lukáš Vaněk
16
44
78
156
33,3 0C
32,2 0C
32,6 0C
30,3 0C
0
28,2 C
28,8 0C
28,8 0C
29,1 0C
Aleš Kropík
20
36
76
190
34,4 0C
31,7 0C
31,7 0C
29,5 0C
0
29,0 C
31,3 0C
32,8 0C
32,9 0C
Adam Mikeš
14
34
96
180
33,3 0C
31,4 0C
30,3 0C
29,3 0C
0
32,4 C
32,8 0C
34,1 0C
32,9 0C
Závěr: Počet nádechů i počet srdečních tepů se zvýšil. Což jsme předpokládali, protože tělo potřebuje více kyslíku.
Překvapením bylo snížení teploty kůže (čelo, ušní lalůček). Tento jev si vysvětlujeme zvýšením pocení. Pot se vypařuje a
odebírá teplo kůži, tím se teplota kůže snižuje. Naopak u nosu a dvou případů kotníků se teplota zvýšila. Na nose bylo
méně potu, proto se méně ochlazoval. Lukáš a Aleš měli na kotníku ponožku, proto nedošlo k rychlému odpařování
potu a tím se kotník zahřál. Adam měl kotník volný, proto se mohl pot volně odpařovat a kotník zchladil.
B. Vitální kapacita plic
Jako vitální kapacita plic se označuje objem vzduchu, který se v plících dokáže vyměnit maximálním výdechem po
maximálním vdechu (průměrně 4,5 až 5,7 l u mladého muže cca 180 cm vysokého). Vitální kapacita plic závisí na výšce
postavy a věku. Čím větší výška, tím větší kapacita plic, s přibývajícím věkem se objem zmenšuje.
Měření jsme provedli následujícím způsobem. Na kanystru jsme si udělali stupnici po 0,5 litru. Naplnili jsme ho vodou a
otvorem ponořili pod vodní hladinu. Do otvoru jsme vložili hadici, do které jsme dýchali. Při výdechu vzduch vytlačoval
vodu a my jsme naměřili objem vzduchu.
Jméno
Adam
Honza
Aleš
Štěpán
Andrea
Kikina
Naměřeno
2,9 l
3l
2,8 l
2l
2,5 l
2,9 l
Výška
1,61 m
1,74 m
1,75 m
1,44 m
1,64 m
1,63 m
Věk
13 let
13 let
14 let
8 let
14 let
14 let
Výpočet
4,49 l
5,16 l
5,19 l
3,71 l
3,92 l
3,86 l
Závěr: Závislost vitální kapacity plic a výšky (věk byl přibližně stejný) jsme nepotvrdili. Usoudili jsme, že tento vztah je
asi více platný v dospělosti.
Výpočet vitální kapacity plic:
muži – V = 5,2 . v – 0,022 . r – 3,6
ženy – V = 5,2 . v – 0,018 . r – 4,36
v – výška v metrech, r – věk v rocích
C. Výkon a práce lidského těla
Kdy ve fyzice konáme práci? Když přesouváme těleso ve směru síly po dráze. Pokud
naměříme ještě čas, můžeme vypočítat výkon.
Pokus spočíval v tom, že jsme běhali do druhého patra a počítali, jaký máme výkon a
jakou jsme vykonali práci.
Příprava: Nejdříve jsme si změřili výšku 2. patra, do kterého jsme běhali. Naměřili jsme
výšku u 10 schodů a stanovili průměrnou výšku jednoho schodu. Tuto hodnotu jsme
vynásobili počtem schodů – 24. Dále jsme určili naše hmotnosti a vypočítali tíhovou
sílu, kterou musíme překonávat, abychom se dostali do druhého patra.
Vstupní hodnoty:
Výška 2. patra – 15,5 cm x 24 = 7,44 m
Tíhová síla – FG = m x g (m – hmotnost v kg, g – gravitační konstanta 10 N/kg)
Výpočet: Práce – W = F x s (síla x dráha) Výkon – P = W/t (práce / čas)
Porovnání: Výkony jsme porovnali s výkonem jednoho koně (1 h.p. = 736 W). Číslo
v posledním sloupci udává, jaký máme výkon v koních.
Jméno
Hmotnost
Síla
Dráha
Čas
Práce
Výkon
Honza
58 kg
580 N
7,44 m
10,8 s
4 315,2 J
411 W
Aleš
55 kg
550 N
7,44 m
11,0 s
4 092 J
372 W
Adam
46 kg
460 N
7,44 m
9,1 s
3 422,4 J
376,1 W
Štěpán
38 kg
380 N
7,44 m
14,8 s
2 827,2 J
191 W
Výkon v h.p.
0,6
0,5
0,5
0,3
Závěr: Největší výkon měl Honza, kterému pomohla hmotnost (síla). Adam měl větší výkon než Aleš, i když má menší
hmotnost, protože byl rychlejší. Nikdo z nás nepřesáhl výkon 1 koně.