Biologia - Matura Maj 2024, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - 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.
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.
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.
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.
12.3. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego obniżenie tempa metabolizmu przy niskim stężeniu glukozy we krwi zwiększa szanse przeżycia chorego ssaka.
12.4. (0–1)
Na podstawie przedstawionych informacji podaj przyczynę nietolerancji mleka występującej u dzieci po przebytym zakażeniu rotawirusem.
Rozwiązanie
12.1. (0–2)
Zasady oceniania
2 pkt – za poprawne wyjaśnienie patomechanizmu biegunki osmotycznej, uwzględniające zwiększone stężenie disacharydów ORAZ biegunki sekrecyjnej, uwzględniające wydzielanie do treści jelita jonów chlorkowych, co skutkuje hipertonicznością treści jelitowej względem tkanki jelita.
1 pkt – za poprawne wyjaśnienie patomechanizmu biegunki osmotycznej ALBO biegunki sekrecyjnej.
0 pkt – za odpowiedź niespełniającą wymagań na 1 pkt albo za brak odpowiedzi.
Przykładowe rozwiązania
- Zanik mikrokosmków w jelicie cienkim skutkuje ograniczeniem trawienia disacharydów, a więc aktywne osmotycznie związki pozostają w jelicie i hamują wchłanianie wody z jelita. Dodatkowo woda wypływa z enterocytów z powodu podwyższonego stężenia jonów chlorkowych w świetle jelita.
- Niestrawione dwucukry nie mogą być wchłonięte z przewodu pokarmowego, a są to związki osmotycznie czynne – związana z nimi woda pokarmowa pozostaje w jelicie. Wydzielanie jonów chlorkowych z komórek nabłonka do światła jelita jest z kolei przyczyną napływu wody z enterocytów do światła jelita.
- Zalegające w jelicie dwucukry są osmotycznie czynne, dlatego woda jest zatrzymywana w jelicie. Poza tym podwyższone stężenie Cl– jest przyczyną wypływania wody z enterocytów.
- W treści jelitowej jest dużo związków osmotycznie czynnych: niestrawione dwucukry oraz wydzielane do jelita jony chlorkowe, i dlatego enterocyty wydzielają wodę do światła jelita.
Uwagi:
Nie uznaje się odpowiedzi odnoszących się wyłącznie do ograniczonego wchłaniania wody z jelita ze względu na zanikanie mikrokosmków, ponieważ zjawisko dotyczy tylko szczytowych części kosmków i nie wpływa znacząco na ilość wody, która może przechodzić między treścią jelitową a wnętrzem enterocytów.
Nie uznaje się odpowiedzi, w których pomylono nazwy „rotawirusy” i „retrowirusy”.
Uwagi od BiologHelp:
Sformułowanie polecenia, sposób punktacji oraz przykładowe odpowiedzi sugerują nie do końca poprawne rozumienie różnicy między biegunką osmotyczną a sekrecyjną. W poleceniu zaznaczono, że uczeń powinien uwzględnić w odpowiedzi dwa mechanizmy utraty wody:
– osmotyczne zatrzymanie wody obecnej w treści jelitowej oraz
– osmotyczne wydzielanie wody z jelita do jego światła.
W zasadach oceniania natomiast przyznano osobne punkty za uwzględnienie mechanizmu osmotycznego i sekrecyjnego biegunki, co nie jest tożsame z powyższym podziałem. Zarówno zasady oceniania jak i trzy pierwsze przykładowe rozwiązania podane przez CKE sugerują, że osmotyczne zatrzymanie wody w jelicie = biegunka osmotyczna, a wydzielanie wody do światła jelita = biegunka sekrecyjna. Taka interpretacja jest jednak błędna. Kierunek przepływu wody (do lub ze światła jelita) zależy bowiem od zawartości wszystkich substancji osmotycznie czynnych w treści jelitowej, a nie tylko od obecności jonów chlorkowych. Zatrzymanie wody w treści pokarmowej, jak i jej wydzielanie do światła jelita może wystąpić zarówno w biegunce osmotycznej, jak i sekrecyjnej. Najogólniej mówiąc podział na biegunkę osmotyczną i sekrecyjną wynika z pochodzenia substancji osmotycznie czynnych:
– biegunka osmotyczna – substancje osmotycznie czynne przyjęte z zewnątrz,
– biegunka sekrecyjna – substancje osmotycznie czynne wydzielane przez komórki jelita.
Nie ma to natomiast związku z pochodzeniem traconej wody (czy tracona jest woda z treści pokarmowej, czy wydzielona ze ścianek jelita).
Jeśli zatem polecenie interpretować dosłownie, wystarczającą odpowiedzią mogłoby być wskazanie jednej substancji osmotycznie czynnej (np. disacharydów), która może odpowiadać za oba mechanizmy z polecenia – osmotyczne zatrzymanie wody oraz jej wydzielanie do światła jelita, w zależności od zawartości cukrów złożonych i disacharydów w przyjętym pokarmie.
Jednakże taka odpowiedź nie będzie punktowana zgodnie z przedstawionym przez CKE kluczem, ponieważ zgodnie z nim uczeń powinien domyślić się, że autorowi zadania chodziło o potrzebę opisania (na podstawie tekstu wprowadzającego do zadania) wszystkich osmotycznych mechanizmów utraty wody wynikających z infekcji.
Znajomość podziału mechanizmów biegunki na sekrecyjną i osmotyczną nie jest wymagana w podstawie programowej. Zgodne z nią może być jednak pytanie o przedstawienie mechanizmów obu typów biegunek, pod warunkiem, że podział ten zostanie wcześniej właściwie wyjaśniony. W tym zadaniu próbowano sprowadzić ten podział do dwóch różnych mechanizmów utraty wody, które uczeń powinien umieć wyjaśnić. Niestety, próba ta okazała się w mojej ocenie nieudana.
Co ciekawe, czwarty wariant odpowiedzi proponowanej przez CKE ignoruje podział mechanizmów wskazany w poleceniu (brakuje wzmianki o osmotycznym zatrzymaniu wody w jelicie), ale najtrafniej wyjaśnia mechanizm utraty wody w biegunce rotawirusowej.
12.2. (0–1)
Zasady oceniania
1 pkt – za podkreślenie poprawnych określeń w dwóch nawiasach.
0 pkt – za odpowiedź niespełniającą wymagań na 1 pkt albo za brak odpowiedzi.
Rozwiązanie
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.
12.3. (0–1)
Zasady oceniania
1 pkt – za poprawne wyjaśnienie, odnoszące się do zmniejszonego zużycia glukozy w wyniku zmniejszonego zapotrzebowania energetycznego organizmu (np. ograniczanie oddychania komórkowego, zmniejszenie zużycia ATP, obniżenie temperatury ciała).
0 pkt – za odpowiedź niespełniającą wymagań na 1 pkt albo za brak odpowiedzi.
Przykładowe rozwiązania
- Skutkuje to obniżeniem aktywności enzymów, m.in. katalizujących procesy wewnątrzkomórkowego oddychania tlenowego, co jest przyczyną mniejszego zużycia glukozy.
- Spadek intensywności oddychania wewnątrzkomórkowego – jednego z głównych szlaków metabolicznych – prowadzi do wolniejszego zużywania glukozy.
- Obniżenie tempa metabolizmu zwierzęcia stałocieplnego skutkuje zmniejszeniem temperatury ciała. W takich warunkach reakcje chemiczne zachodzą wolniej i organizm zużywa mniej glukozy.
- Zmniejszenie tempa metabolizmu ogranicza zużycie ATP, który powstaje w wyniku katabolizmu glukozy. Organizm oszczędza więc w ten sposób glukozę.
- Przy niskim tempie metabolizmu organizm zużywa mniej glukozy, bo utrzymuje niższą temperaturę ciała, a utrzymanie odpowiednio wysokiego poziomu glukozy we krwi jest konieczne do prawidłowego funkcjonowania, np. mózgu.
12.4. (0–1)
Zasady oceniania
1 pkt – za podanie przyczyny nietolerancji mleka po zakażeniu rotawirusem, odnoszącej się do niedoboru laktazy LUB do utrudnionego trawienia laktozy.
0 pkt – za odpowiedź niespełniającą wymagań na 1 pkt albo za brak odpowiedzi.
Przykładowe rozwiązania
- W wyniku zakażenia rotawirusem dochodzi do zmniejszenia produkcji laktazy.
- Zakażenie rotawirusowe jest przyczyną niedoboru laktazy.
- W mleku jest zawarta laktoza, której dzieci zakażone rotawirusem nie mogą w całości strawić.
- Laktoza zawarta w mleku nie może być w całości strawiona, bo jest ogólny niedobór disacharydaz.
- Niedobór laktazy.
Uwagi:
Nie uznaje się odpowiedzi zbyt ogólnych, np. „Po zakażeniu rotawirusem dochodzi do niedoboru disacharydaz”.
Nie uznaje się odpowiedzi, w których pomylono cukier – laktozę z enzymem – laktazą, np. „Dzieci po zakażeniu rotawirusem mają niedobór laktozy”.
Nie uznaje się odpowiedzi odnoszących się do całkowitego braku laktazy lub do całkowitego braku trawienia laktozy, ponieważ po przebytym zakażeniu rotawirusem występuje jedynie niedobór disacharydaz, a nie – ich całkowity brak.
