НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ АВТОМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
КАФЕДРА СИСТЕМ СБОРА И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
«УТВЕРЖДАЮ»
Декан АВТФ
________________
«____ »______________2006 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«БИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ»
ООП 200300 «Биомедицинская инженерия» (бакалавриат)
Факультет __ Автоматики и вычислительной техники_ ____
Курс 3 Семестр 6 ____
Лекции 34 часа
Лабораторные работы 34 часа
Контрольная работа 6 семестр
Самостоятельная работа 58 часов
Зачет 6 семестр
Всего 126 часов
Н
Новосибирск
2006 г.
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта подготовки бакалавров по направлению 553400 «Биомедицинская инженерия»
Регистрационный номер № 30 тех/бак, дата утверждения ГОС 10.03.2000 г.
Шифр дисциплины в ГОС – ЕН. Ф.06
шифр дисциплины по учебному плану НГТУ – 19.
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры Систем сбора и обработки данных
Номер протокола заседания _____________
«_____» ______________ 2006 г.
Программу разработал
профессор, д. б.н. __________________
Заведующий кафедрой
доцент, к. т.н. ___________________
Ответственный за основную
доцент, к. т.н. ___________________
1. ВНЕШНИЕ ТРЕБОВАНИЯ
Государственный образовательный стандарт подготовки бакалавров по направлению 553400 содержит дисциплину «Биология человека и животных» в цикл ЕН – Общие математические и естественнонаучные дисциплины. Требования ГОС к обязательному минимуму содержания приведены в табл.1
Таблица 1
Шифр дисциплины | Содержание учебной дисциплины | Часы |
ЕН. Ф.06 | Биология человека и животных: понятие об организме как о живой биологической системе, принципы морфо-функциональной организации живых систем: учение о клетках, органах и физиологических системах; наследственность и изменчивость; мутации; консерватизм наследственности; ткани в норме и при патологии; кровообращение: форменные элементы и плазма крови, кровообращение в норме и при патологии, лимфа и лимфообращение; физиологические характеристики работы сердца: строение и функции сердца, фазы сердечного цикла; тоны сердца и их происхождение; физиологические системы организма: сосуды, тонус сосудов и его регуляция; кровяное давление в различных сосудах; строение и функции органов пищеварения строение и функция органов дыхания; строение и функция почек; строение опорно-двигательного аппарата человека; основы нервно-мышечной физиологии; строение и функция нервной системы; мозг и высшая нервная деятельность; анализаторы как внешние рецепторные подсистемы организма, их устройство и функции; закономерности обмена веществ в организме и принципы его нейрогуморальной регуляции; источники и происхождение биологических сигналов как носителей информации о состоянии организма. | 190 |
2. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Курс изучается в 6-ом семестре обучения. Учебным планом по дисциплине предусмотрено 34 часа лекций, 34 часа лабораторных занятий, выполнение контрольной работы и сдача недифференцированного зачета.
Таблица 2
Особенности построения дисциплины
Особенность (принцип) | Содержание |
Основание для введения дисциплины в учебный план подготовки бакалавров по направлению 553400 “Биомедицинская инженерия” | Требования Государственного образовательного стандарта (ГОС) по направлению 553400 «Биомедицинская инженерия», дисциплина ОЕН. Ф.06 «Биология человека и животных», федерального компонента |
Адресат курса | Студенты 3 курса, обучающиеся по направлению 200300 “Биомедицинская инженерия” |
Основная цель курса | Изучение организации и функционирования организма на молекулярном и системном уровнях. |
Ядро дисциплины | § введение в понятийный аппарат биологии, § знакомство с основными биологическими закономерностями, § организация основных анатомо-физиологических систем организма, § молекулярно-генетические механизмы физиологических функций, § системная регуляция функционирования организма, § биофизические и биохимические основы формирования электрофизиологических сигналов. |
Требования к предварительной подготовке | Для изучения дисциплины необходима предварительная подготовка по дисциплинам «Математический анализ», «Физика», «Информатика», «Управление в биомедицинских системах». |
Организация лабораторного практикума | Лабораторный практикум (34 часа) направлен на получение практических навыков построения схем регуляции основных физиологических функций, схем формирования электрофизиологического сигнала. |
Знания и навыки, полученные в результате изучения дисциплины, используются в последующих курсах учебного плана «Биофизика», «Технические методы диагностических исследований и лечебных воздействий», «Медицинские приборы, системы и комплексы», «Медицинские информационные сети», «Системы сбора и обработки данных», «Компьютерные технологии в медицинском приборостроении» и др.), в выпускных квалификационных работах и в профессиональной деятельности выпускников.
3. ЦЕЛИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате изучения данной дисциплины студент должен знать:
1. Биологическую терминологию.
2. Основные биологические закономерности.
3. Строение и функции основных анатомо-физиологических систем организма.
4. Молекулярно-генетические механизмы физиологических функций.
5. Системную регуляцию функционирования организма.
6. Биофизические и биохимические основы формирования электрофизиологических сигналов.
Студент должен уметь:
1. Строить алгоритмы функционирования генетических, биохимических и анатомо-физиологических систем
2. Создавать схемы регуляции физиологических функций.
3. Применять научную литературу биологического содержания при проектировании, модификации и эксплуатации приборов медицинского назначения и их составляющих.
Студент должен иметь представление:
1. О молекулярно-генетических механизмах основных биологических процессов.
2. Об особенностях организации и функционирования отдельных анатомо-физиологических систем.
3. О биологических основах применения приборов медицинского назначения в диагностических и терапевтических целях.
4. СОДЕРЖАНИЕ И СТРУКТУРА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. Лекционные занятия – 34 часа.
1. Общие представления – 2 часа.
Классификация биологических систем. Понятие о биосфере, биоценозе, популяции, организме, органе, ткани, клетке, органеллах, макромолекулах. Представление об элементарной управляющей единице, функциональном ансамбле, функциональной системе. Источники и происхождение биологических сигналов как носителей информации о состоянии организма.
2. Генетическая система – 2 часа.
Структура и классификация белков. Понятие о гене. Принципиальная организация генной единицы. Назначение различных типов нуклеиновых кислот. Процессы транскрипции и трансляции. Механизм биосинтеза белка. Типы функциональных ансамблей генетических единиц. Наследственность и изменчивость. Мутации. Консерватизм наследственности.
3. Метаболическая система – 2 часа.
Понятие о ферменте и субстрате. Принципиальная организация фермента. Кинетика ферментативной реакции. Типы полиферментативных систем. Регуляция активности и количества фермента.
4. Клетки и ткани – 2 часа.
Клетка в целом. Ультраструктура клетки. Роль ядра. Органеллы и их назначение. Функционирование наружной клеточной мембраны. Механизмы трансмембранного переноса веществ. Роль внутриклеточных мембран. Формирование мембранного потенциала. Понятие о ткани. Типы межклеточных контактов. Пути передачи информации при внутритканевом и межтканевом взаимодействии в норме и при патологии. Принципы организации органа.
5. Нервная система – 4 часа.
Общие сведения о строении и функции нервной системы. Экстеро - и интерорецепторы. Структура и функционирование нейрона. Типы синапсов. Пре - и постсинаптическое возбуждение и торможение. Виды медиаторов. Принципы организации нервной сети. Организация и функции различных отделов мозга. Структура вегетативного и двигательного регуляторов. Мозг и высшая нервная деятельность. Электроэнцефалограмма. Формирование условных рефлексов. Нервная регуляция на межклеточном и внутриклеточном уровнях. Принципиальная организация рецепторной системы нервных медиаторов. Алгоритм организации и функционирования вторичных посредников нервной системы. Нервная регуляция экспрессии генов и активности ферментов.
6. Органы чувств и анализаторы – 2 часа.
Анализаторы как внешние рецепторные подсистемы организма, их устройство и функции. Классификация экстерорецепторов. Строение зрительного, слухового, тактильного, обонятельного, вестибулярного анализаторов. Терморегуляция.
7. Эндокринная система – 4 часа.
Назначение эндокринной системы и значение нейрогуморальной регуляции. Позвенная организация эндокринной системы. Понятие о гормонопоэтическом элементе. Типы гормонопоэтических элементов. Классификация гормонов. Полиэндокринная система. Типы регуляции секреции гормонов. Рецепторы гормонов в клетках. Формирование вторичного посредника эндокринной системы и его регуляторная роль. Принципы совместной нейрогуморальной регуляции генетической и метаболической систем.
8. Система крови – 2 часа.
Функции системы крови. Форменные элементы и плазма крови. Соотношение форменных элементов крови. Строение и функция эритроцита. Классификация лейкоцитов и их функциональное назначение. Группы крови. Классификация и фукциональное назначение белков крови. Свертывающая и антисвертывающая системы.
9. Кровообращение – 3 часа.
Строение системы кровообращения. Кровообращение в норме и при патологии. Лимфа и лимфообращение. Строение и функции сердца. Физиологические характеристики работы сердца. Фазы сердечного цикла. Ионные процессы на мембранах. Электрокардиограмма. Тоны сердца и их происхождение. Типы сосудов и их строение. Тонус сосудов и его центральная и местная регуляция. Роль эндотелиальных клеток. Линейная и объемная скорость кровотока. Кровяное давление в различных сосудах.
10. Дыхание – 2 часа.
Строение и функции органов дыхания. Стадии дыхания. Обмен газов в альвеолах. Сурфактант и его функции. Параметры вентиляции легких и ее регуляция. Типы гемоглобинов. Транспорт газов кровью. Тканевое дыхание. Газовый состав артериальной и венозной крови. Дыхательные мышцы. Механика вдоха и выдоха. Нервная и гуморальная регуляция дыхания.
11. Выделение – 2 часа.
Система органов выделения. Строение и функции почек. Особенности почечного кровотока и его регуляция. Процесс мочеобразования и его регуляция. Молекулярные механизмы фильтрации, реабсорбции, секреции и экскреции веществ. Строение и функции внутрипочечных регуляторов и их взаимодействие.
12. Пищеварение – 3 часа.
Функции пищи и структура питания. Строение и функции органов пищеварения. Пищеварение в ротовой полости. Состав слюны и ее назначение. Желудочное пищеварение. Функции двенадцатиперстной кишки и поджелудочной железы. Пищеварение в тонком кишечнике. Строение и функции кишечной ворсинки. Обмен углеводов, белков и липидов. Образование энергии. Роль печени. Функции желчи. Обмен желчных кислорт. Ретикуло-эндотелиальная система. Закономерности обмена веществ в организме и принципы его нейрогуморальной регуляции.
13. Движение – 2 часа.
Строение опорно-двигательного аппарата человека. Кости, связки, мышцы, кожа. Химические механизмы мышечного сокращения. Основы нервно-мышечной физиологии. Электромиограмма. Нервная регуляция сочетанного движения конечностей.
14. Иммунная система – 2 часа.
Органы иммунной системы. Распределение лимфоидной ткани. Нервно-эндокринная регуляция иммунной системы. Т - и В-лимфоциты, их созревание и функции. Миелоциты, классификация, созревание и функции. Специфический и неспецифический фагоцитоз. Макрофагальная регуляция лимфоцитов. Типы реакций «антиген-антитело». Продукция и рецепция цитокинов. Взаимодействие макрофагов и лимфоцитов. Медиаторы воспаления. Классификация, строение и функции иммуноглобулинов. Формирование иммунитета. Система комплемента. Апоптоз. Онкогены. Опухолевый процесс. Нарушение иммунитета (на примере вируса СПИД).
4.2. Структура дисциплины
4.3. Лабораторные занятия – 34 часа
1. Построение алгоритма функционирования генетической системы – 2 часа.
2. Построение алгоритма функционирования метаболической системы – 2 часа.
3. Построение схемы принципиальной организации нервной системы – 2 часа.
4. Построение схемы принципиальной организации нервной регуляции движений – 2 часа.
5. Построение схемы принципиальной организации нервной регуляции вегетативных функций – 2 часа.
6. Построение схемы принципиальной организации эндокринной системы – 2 часа.
7. Построение алгоритма нервной и эндокринной регуляции экспрессии гена – 2 часа.
8. Построение алгоритма нервной и эндокринной регуляции активности и количества фермента – 2 часа
9. Изучение формулы крови – 2 часа
10. Построение алгоритма формирования электрокардиограммы – 2 часа
11. Построение алгоритма нервной и эндокринной регуляции артериального давления – 2 часа.
12. Построение алгоритма нервной и эндокринной регуляции содержания кислорода в крови – 4 часа.
13. Построение алгоритма нервной и эндокринной регуляции функции почек – 2 часа.
14. Построение алгоритма нервной и эндокринной регуляции пищеварения – 2 часа.
15. Построение алгоритма нервной и эндокринной регуляции углеводного и липидного обмена – 2 часа
16. Построение алгоритма сокращения скелетной мышцы – 2 часа
17. Построение алгоритма формирования иммунного ответа – 2 часа
4.4. Контрольная работа – 12 часов
Целью контрольной работы является проверка знаний по курсу в целом и умение использовать различные разделы курса для целостного представления о различных системах организма, генетических, биохимических и физиологических механизмах функционирования, межсистемной и внутрисистемной регуляции функций для интеграции различных систем на организменном уровне.
Содержание индивидуального задания:
q Построение принципиальной схемы нервного регулятора,
q Построение принципиальной схемы эндокринного регулятора,
q Построение принципиальной схемы генетической системы,
q Построение принципиальной схемы клеточной мембраны,
q Построение алгоритма внутриклеточных процессов,
q Интеграция схем,
q Насыщение интегрированной схемы деталями какой-либо индивидуальной анатомо-физиологической системы,
q Моделирование патологического процесса,
q Выбор физиологических параметров, необходимых для оценки статуса анатомо-физиологической системы.
4.5. Самостоятельная работа – 58 часов
1. Подготовка к лабораторным занятиям (16 часов).
2. Изучение теоретического материала (26 часов).
3. Выполнение контрольной работы (12 часов).
4. Подготовка к зачету (4 часа)
5. УЧЕБНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
Деятельность студента при изучении дисциплины заключается:
- в восприятии и усвоении материала дисциплины, излагаемого на лекционных и семинарских занятиях,
- в самостоятельном изучении материала по литературе и электронным источникам информации,
- в подготовке к семинарам и к выполнению лабораторных работ,
- в отчетности по результатам и учебному материалу, связанному с содержанием лабораторной работы,
- в выполнении контрольной работы,
- в подготовке к зачету.
6. ПРАВИЛА АТТЕСТАЦИИ СТУДЕНТОВ ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
В течение семестра проводится текущая аттестация знаний по каждой из лабораторных работ и по контрольной работе. При аттестации по лабораторным работам проводится выборочный опрос по соответствующим темам лекционного курса.
При текущей аттестации знаний и на зачете используется двумерная двухбалльная система. Оценивается степень владения фактическим материалом (0 и 1) и степень понимания материала (0 и 1). Комбинация дает 4 варианта оценок: 1) знает материал и понимает, о чем говорит, 2) вызубрил материал и не понимает его, 3) понимает принципиальную организацию, но не владеет фактическим материалом и 4) не владеет материалом и не понимает его. При 4-м варианте зачет считается не сданным.
7. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
7.1. Основная литература.
. Принципы организации и функционирования живых систем. Часть 2. Управляющие системы организма. Изд-во Новосибирского Государственного Технического Университета, 2003 г.
7.2. Дополнительная литература.
1. К. Вилли. Биология. М. Изд-во «Мир», 1975 г.
2. Фундаментальная и клиническая физиология. Под ред. и . М. Издательский центр «Академия», 2004 г.
8. КОНТРОЛИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ АТТЕСТАЦИИ СТУДЕНТОВ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
1. Объясните значение следующих терминов:
биосфера, биоценоз, биотоп, популяция, организм, орган, ткань, клетка, органелла, макромолекула.
2. Назовите основные характеристики элементарной управляющей единицы, функционального ансамбля, функциональной системы.
3. Охарактеризуйте типы взаимодействия между функциональными ансамблями.
4. Постройте алгоритм формирования функциональной системы.
5. Поясните принципиальную разницу между первичной, вторичной, третичной и четвертичной структурой белка.
6. Перечислите основные функции белков.
7. Сформулируйте определение гена и генной единицы.
8. Постройте принципиальную схему организации генной единицы.
9. Постройте алгоритм формирования функционального ансамбля генных единиц.
10. Постройте алгоритм процесса биосинтеза белка.
11. Дайте определение активного, регуляторных и комплементарных центров в молекуле фермента.
12. Покажите типы ферментативных реакций.
13. Дайте определение конкурентных и неконкурентных регуляторов активности фермента.
14. Охарактеризуйте типы клеточных органелл.
15. Какова принципиальная организация клеточной мембраны?
16. Каков алгоритм формирования мембранного потенциала?
17. Сформулируйте определение ткани и покажите пути передачи информации при различных типах межклеточных контактов.
18. Поясните функции нервной системы.
19. Какова принципиальная организация нейрона?
20. Объясните происхождение пре - и постсинаптического возбуждения и торможения.
21. Каковы принципиальные элементы нервной сети?
22. Каковы функции различных отделов мозга?
23. Проанализируйте сходства и различия в принципиальной структуре вегетативного и двигательного регуляторов.
24. Охарактеризуйте основные отличия условного рефлекса от безусловного.
25. Постройте алгоритм нервной регуляции внутриклеточных процессов.
26. Объясните принцип формирования анализатора.
27. Объясните принцип формирования зрительного, слухового, тактильного и обонятельного сигналов.
28. Охарактеризуйте роль вестибулярного аппарата в регуляции движений.
29. Поясните функции эндокринной системы.
30. Какова принципиальная организация гормонопоэтического элемента?
31. Каковы принципиальные звенья организации эндокринной системы?
32. Каковы функции различных эндокринных образований?
33. Постройте алгоритм нервноэндокринной регуляции внутриклеточных процессов.
34. Каковы функции различных форменных элементов крови?
35. Каковы состав и функции жидкой части крови?
36. Как происходит свертывание крови?
37. Каковы типы кровеносных сосудов?
38. Каковы строение и функции сердца?
39. Охарактеризуйте фазы сердечного цикла.
40. Каковы механизмы формирования электрокардиограммы?
41. Постройте схему регуляции артериального давления.
42. Какую роль играют продукты эндотелиальных клеток в поддержании тонуса сосудов?
43. Охарактеризуйте фазы дыхательного цикла.
44. Как происходит газообмен в легких и периферических тканях?
45. Каков механизм транспорта газов эритроцитами?
46. Поясните нервную и гуморальную регуляцию дыхания.
47. Как происходит фильтрация крови в почках?
48. Каковы механизмы канальцевой реабсорбции?
49. Каковы внутрипочечные регуляторные системы?
50. Чем отличаются продукты питания от продуктов пищеварения?
51. Каковы состав и функции слюны?
52. Сравните особенности пищеварения в желудке и тонком кишечнике.
53. Охарактеризуйте пути обмена углеводов, белков и липидов.
54. Каковы принципы нейрогуморальной регуляции обмена веществ?
55. Каковы химические механизмы мышечного сокращения?
56. Какова регуляция сочетанного движения конечностей?
57. Чем отличаются Т - и В-лимфоциты?
58. Как развивается реакция «антиген-антитело»?
59. Каковы типы цитокинов?
60. Каков механизм формирования иммунитета?
