327
з історії

164
учня

97
для 11 классу

303
відкореговано


Вашій увазі

510
кейсів
Останнє оновлення:
24.02.2017


Кейс-урок «Як діють ліки?»
Кейс-урок «Як діють ліки?»

Рівень (клас): 10-11

Тема: Прикладна наука

Мета: дізнатися, який механізм у дії ліків з точки зору сучасної хімії та біології, які інноваційні технології існують і плануються в цій області

Розділ: Наука, природа і людина
Яка інформація мене тут чекає?
  • Що таке ліки?
  • Що з ліками відбувається в організмі і як вони «працюють»?
  • Щеплення – це ліки чи ні?
  • Чим лікуються тварини?
  • Які фундаментальні і практичні знання мені стануть у нагоді?
  • Які ліки найсучасніші?
  • Звідки береться ціна на вітаміни?
6 розгорток з предметів, явищ та практик:
Вступ

Багато хто замислюється над тим, звідки таблетка «знає», до якого хворого органу їй потрібно дістатися і вилікувати його? Ми вживаємо ліки і вітаміни для профілактики хвороб. Ми п'ємо мікстури і пігулки, коли хворіємо, а інколи навіть отримуємо ін’єкції. А що відбувається в організмі, коли до нього потрапляють ліки? Чому ліки лікують? Знайдемо відповіді на ці питання разом.

 

Біологія

Зараз відомо близько 30 тис. видів ліків для лікування десятків тисяч хвороб. Окрему групу складають вітаміни і мінеральні добавки, яких часто не вистачає організму для профілактики і підвищення стійкості. Препарати, які ми вживаємо, бувають природного і синтетичного походження. Це часто вводить в оману людей, які вважають, що синтетичні ліки погано засвоюються організмом, хоча насправді це не так. Багато захворювань лікується саме цими препаратами. Можна також виділити традиційні і гомеопатичні препарати, які можуть і не мати миттєвої дії. Але тривале (і нешкідливе) їх вживання дає необхідний лікувальний ефект. Як же розібратися у всій цій різноманітності ліків з точки зору їх біологічного значення?

Лікарські препарати природного походження – отримані з природної (рослинної, тваринної або мінеральної) сировини. Наприклад, мед, алое, риб'ячий жир, часник. Їх можна приймати в природному вигляді, а можна після обробки (екстракція діючого компонента) і капсулювання.

 

Сировина – біологічна, схожа на органічні і неорганічні речовини людського тіла. Легше включається в процеси, що протікають в організмі.

Синтетичні лікарські препарати – отримані в результаті хімічних перетворень або як результат хімічного синтезу. Наприклад, аспірин. Аспірин – перші в історії синтетичні ліки. Це поширений препарат, що випускається під цілою серією назв та брендів. У його основі ацетилсаліцилова кислота. Застосовується як жарознижуючий, болезаспокійливий і протизапальний засіб.

 

З цієї групи можна виділити особливу підгрупу – антибіотики. Це речовини синтетичного або напівсинтетичного походження, що пригнічують ріст живих клітин, найчастіше прокаріотичних або протистів (хвороботворних організмів). Наприклад, пеніцилін. Антибіотики пеніциліну мають важливе історичне значення, оскільки вони є першими ефективними ліками проти багатьох важких захворювань: інфекцій, що викликаються стафілококами і стрептококами.

Важливим моментом є те, що з часом штами мікроорганізмів адаптуються до дії ліків–антибіотиків. Тому виникає необхідність шукати нові препарати.

Ще одним цікавим аспектом є «географічна прив'язка» - особливість штамів, характерних для даної місцевості. Тому і ефективність ліків залежить від того, для якого саме штаму, з якої місцевості вони призначені.

Одна з найпоширеніших помилок сучасності – лікування вірусних захворювань антибіотиками. Антибіотики не діють на віруси, оскільки віруси - зовсім інша форма живих організмів. Віруси стоять осібно – на кордоні «живий організм – складна хімічна молекула». Вони не мають клітинної структури, а, потрапляючи в організм, включаються в процес клітинного синтезу, «запускаючи» хворобу. Для боротьби з ними використовують противірусні препарати.

 

Щеплення не відносяться до лікарських засобів. Вони є ослабленим штамом хвороботворних мікроорганізмів, який, потрапляючи в організм, змушує його продукувати специфічні для даного захворювання антитіла. Запускається механізм вироблення імунітету.

 

Вітаміни також можуть бути природними і синтетичними. Це – абсолютно окрема група препаратів, покликана включати метаболізм організму «за здоровим сценарієм». Як і для всіх інших речовин, що потрапляють в організм, для них важливий медичний принцип «не нашкодити». Їх надлишок, як і брак, може призвести до захворювання. Розглянемо, як приклад, вітамін С. Його значна нестача в організмі провокує цингу – дуже небезпечне і складне захворювання. Але і його надлишок має неприємні наслідки у вигляді диспепсії та інших симптомів отруєння.

 

Саме тому вітаміни призначаються курсами: певними «порціями» за певний час.

Гомеопатичні препарати відрізняються від традиційних ліків принципом своєї дії. Вони не усувають причину захворювання. Невелика доза діючої речовини (як зазвичай говорять про дуже маленькі концентрації – гомеопатична) викликає симптоми, схожі з симптомами самої хвороби. Послідовна тривала дія малих доз включає захисні сили організму. Принцип гомеопатії: «Лікуємо подібне подібним». Найчастіше в основі препаратів використовуються екстракти і витяжки з лікарських рослин.

 

Потрапляючи в організм людини, ліки проходять через всю травну систему. У кишечнику включається механізм «всмоктування», що дозволяє лікарському препарату діяти на необхідну групу клітин, орган або тканину. Шлях проходження лікарського засобу через організм буде залежати від способу введення його до організму:

 

Хімія

Ліки – речовина або суміш речовин синтетичного або природного походження у вигляді таблетки, капсули, розчину, мазі, яка вживається для профілактики або лікування захворювання.

З точки зору хімії, коли ліки потрапляють в організм, як це не дивно, біохімічних реакцій не відбувається. Відбуваються саме хімічні і фізико-хімічні процеси: препарат взаємодіє з «мішенню» - тією речовиною організму, на яку і спрямована його дія (це може бути білок, рецептор, фермент).

  

При взаємодії ліків і «мішені» утворюється хімічний зв'язок. Прикладом такого зв'язку може бути ковалентний зв'язок. Саме з утворенням такого зв'язку діють ліки проти пухлин. Ковалентний зв'язок – хімічний зв'язок, утворений перекриттям пари валентних електронних хмар. Електронні хмари (електрони), що забезпечують зв'язок, називаються загальною електронною парою. Такі лікарські препарати зв'язують білки клітин пухлини, руйнуючи їх:

 

Фізико-хімічна взаємодія представлена окислювально-відновними процесами. Ліки з таким типом дії володіють селективністю – здатністю вступати в реакцію лише з певним типом молекул (саме вони і називаються рецепторами у фармакології).

Просторова форма також дуже важлива для лікарського препарату. Вона забезпечується просторовою ізомерією молекули – орієнтацією молекули в просторі. Це характерний тип ізомерії для органічних сполук і пояснюється він, перш за все, можливістю для замісників розташовуватися по-різному відносно атома вуглецю (або подвійного зв'язку):

Як саме відбувається взаємодія ліків і «мішені» в часі описує фармакокінетика. Ліки найчастіше призначають курсами: лікар розписує дозування препарату і визначає, як часто його необхідно приймати. Такий підхід важливий і для вітамінів. Тому в організм ліки або вітаміни потрапляють дозовано («порційно»). Дія препарату може починатися відразу ж після потрапляння в організм, може і через деякий час, коли буде «накопичено» певну кількість речовини в організмі (кумуляція речовини). Ліки можуть почати діяти навіть на етапі виведення їх з організму, якщо це передбачено фармацевтичними особливостями препарату:

 

Кожна доза ліків викликає в організмі певний процес (розглянутий нами вище). Цей процес – реакція організму у відповідь на введення препарату. Такі реакції накопичуються, як і самі дози. Накопичення реакцій на дуже малі дози препарату лежить в основі гомеопатії, яка передбачає тривалі терміни лікування або профілактики.

Є ще один вид ліків – «плацебо». Це, як говорять лікарі, - "пустушка", що не містить лікувальної речовини. Її пропонують в двох випадках: коли потрібен психологічний ефект (наприклад, якщо ще більша доза ліків протипоказана) або в разі шахрайства постачальників ліків (коли видають таблетки з нульовим ефектом за нормальні ліки).

Математика

Отже, для ліків дуже важлива міра - баланс між їх надлишком і нестачею. Мінімальна кількість речовини, що потрапляє в організм і викликає ефект дії, – доза. У медичній практиці найчастіше дозу розраховують на одиницю ваги пацієнта. Це пояснюється тим, що чим «більше» тіло, тим з більшою кількістю ліків воно може впоратися. Для малят дози менші, для дорослих – більші.

Частіше за все ліки приймаються курсами – послідовним введенням декількох доз протягом певного часу, які здатні швидко включатися в хімічні процеси в людському організмі.

 

Деяка кількість ліків в організмі затримується. З кожною наступною пігулкою кількість дози, що затрималася, збільшується. Цей процес називається ефектом кумуляції.

Математичні формули дозволяють «обрахувати» цей ефект:

 

Ефект кумуляції визначається як доля речовини (або ефекту), що продовжує вплив під час наступного введення препарату таким чином, що послідовність ефективних доз можна представити у вигляді: 

 

D=D0 + k · Di-1, i=0 ··· n, D-1=0,

D0 - постійна або змінна доза препарату, що вводиться

k -  коефіцієнт кумуляції, довідкова величина для різних препаратів та речовин, яка залежить і від способу введення препарату

 

Наприклад, для парацетамолу беремо коефіцієнт кумуляції k = 1,1. Це діюча речовина препарату «Панадол». Для дитини призначається у вигляді суспензії. Для 6-місячного малюка одноразова доза становить 4 мл. За добу таких доз може бути максимум 4 (з врахуванням рекомендацій лікарів і фармацевтів). У 5 мл суспензії міститься 120 мг діючої речовини (парацетамол). 90 % препарату виводиться з організму за добу.

 

Розрахуємо, скільки парацетамолу буде міститися в одній дозі:

В 5 мл - 12 мг

В 4 мл - Х мг

Згыдно правила пропорції 5 мл:

4 мл = 120 мг: Х мг

Х = (4Х120)/5=96 мг

Таким чином, одна доза "Панадола" буде містити 96 мг парацетамола. 

З цієї дози 90% буде виведено протягом доби. Залишиться 10% (0,1 в долях), тобто:

96 мг Х 0,1 = 9,6 мг

Тоді ефект кумуляіції за добу (при чотириразовому прийманні препарата) складатиме:

D=9,6+1,1x9,6+1,1x9,6+1,1x9,6=41,28 мг

 

 

Тому лікарі так ретельно виписують рецепти, де вказують, яка кількість (скільки мг або мл) речовини, скільки разів на день, до або після їжі і скільки днів необхідно приймати.

Завдання:


Яка кількість речовини накопичиться в організмі, якщо його коефіцієнт кумуляції дорівнює 1,2, а одноразова доза – 54 мг? Курс – 5 прийомів.

Інтелект

Нанотехнології стали проривом у медицині і технології, надією для тисяч пацієнтів. Нанотехнологія займається структурами, які не перевищують значень 100 нанометрів (нм) або менших, і використовують матеріали або пристрої в межах цих розмірів. Такі розміри дозволяють препарату, нанолікам, діяти суворо за призначенням, взаємодіяти виключно з «мішенню» і не залучатися до інших процесів в організмі.

Особливо наноліки перспективні в лікуванні новоутворень – пухлин.

Наноліки майбутнього зможуть легко доставляти активні речовини крізь бар'єри, що оточують мозок, легені або через плаценту. Зазвичай наноліки складаються з порожнистих синтетичних сфер. Активну речовину розташовують або всередині, або розпиляють по самій частці, або ж приєднують до поверхні частки.

 

До недавнього часу наночастки підходили лише для введення за допомогою ін'єкцій, оскільки вони не могли проходити крізь клітинний бар'єр, що вкриває шлунково-кишковий тракт. Науковці вирішили цю проблему. Вони звернули увагу на те, як маленькі діти отримують антитіла з материнського молока, щоб укріпити імунітет. Отже, антитіла приєднуються до «рецепторних» молекул на поверхні кліток стінки кишечника. Це ті самі брами, які дають доступ до кровоносних судин. Таким чином, перешкоди для наноліків практично здолані. Тепер справа за клінічними випробуваннями і впровадженням в медичну практику.

Зоологія /Екологія

Про те, що дикі і домашні тварини самі себе лікують, відомо давно. Той факт, що міль, мурашки і дрозофіли займаються самолікуванням, має величезне значення для екології і еволюції взаємин «паразит – господар».

У природі є безліч видів лікарських рослин (у т.ч. отруйних), які використовуються тваринами для самолікування. Природний інстинкт учить тварин позбавлятися від недуг за допомогою цілющих представників царства флори. Так, наприклад, конвалія - улюблені ласощі для плямистого оленя.

 

Горобці та зяблики збирають калину, яка є для них і їжею, і ліками.

 

Руді лісові мурахи під час будівництва гнізд додають антибактеріальну смолу хвойних дерев для запобігання зростанню мікробів в колонії.

 

Медоносні бджоли, подібно до мурах, використовують рослинні смоли з антибіотичними властивостями при будівництві вуликів.

Заражений паразитами метелик «монарх» захищає своє потомство від передачі збудника інфекції, відкладаючи яйця на листях молочаю, сік якого містить в собі протипаразитарні властивості.

 

Підглянувши за тваринами, їх «ліки» можна спробувати застосувати і в людській фармакології. Звісно, лише після досліджень і клінічної апробації.

Питання:


Які ще пари «тварина – лікарська рослина або речовина» вам відомі?

Бізнес

Фармацевтичний бізнес є одним з найприбутковіших у світі, тому що люди в першу чергу купують ліки. Це означає, що попит на них є і буде завжди, що, звісно, відбивається на їх цінах. Проте необхідно враховувати, що фармацевтичні компанії витрачають величезні кошти на дослідницькі роботи по «вигадуванню» ліків, їх виготовлення і практичну апробацію, яка може тривати від 5 до 10 років. І часто трапляється, що роки праці і мільярди доларів виявляються витраченими даремно, якщо ліки не проходять клінічні випробування. Проте та різноманітність ліків, яку ми бачимо в аптеках, дає підставу вважати, що ця галузь завжди буде рентабельною.

 

Таким чином, з ліками пов'язаний не лише фармацевтичний, але і аптечний, і логістичний бізнеси, виробництво та збір сировини. Їх вклад в кінцеву вартість лікарського препарату теж відчутний.

Акселеративні та інтерактивні методи

Гра «Ліки та хвороби»

Суть гри: Вчитель бере м’яч. Він перекидає його комусь із учнів, вимовляючи назву або ліків, або хвороби. Завдання учня - зловити м'яч та назвати теж або ліки, або хворобу, перша літера в назві яких - остання літера в тому слові, що сказав вчитель (як в грі "Міста"). Далі, вже цей учень перекидає м'яч комусь іншому, і той теж каже назву ліків або хвороби, але з врахуванням вже "нової" кінцевої літери слова попереднього учня.

МЕТА: Діти встають, рухаються, розслабляються та «відкриваються». Вмикається фантазія.

«Хімічний брейн-ринг» 

Суть гри: Учні діляться на дві або більше команд. Вчитель пропонує їм питання (кількість питань обмежується часом, який можна виділити на проведення конкурсу). Питання зачитуються по одному, командам дається час на обговорення та вибір відповіді. Зазвичай час на одне питання обмежується 30 с. Якщо відповідь якоїсь з команд готова достроково, вони можуть подати знак і першими відповідати. Якщо відповідь команди неправильна, то право відповідати переходить до команди суперників. Правильна відповідь приносить команді 1 бал.

Якщо після гри в рахунках команд спостерігається паритет, призначається бліц – три питання по 10 с на обдумування відповіді. Для бліцу команда має делегувати лише одного учасника, підказувати йому не можна.

МЕТА: Навчити командній роботі, мозковим штурмам, дискусії, вмінню обґрунтовувати свою точку зору та обстоювати і презентувати її, діяти в умовах невизначеності, набути стресостійкості та впевненості.

 

1. В курсі «Алхімії», виданому в 1597 році у Лібаво, один з розділів був присвячений речовинам і способам їх отримання.  Як називався цей розділ? («Хімія»)

2. Спосіб перетворювати одну речовину в іншу шукали давно. Як називали алхіміки речовину, за допомогою якої сподівалися перетворити в золото що-небудь інше? (Філософський камінь)

3.Найпоширеніша речовина на Землі, присутня у всіх організмах, основа всіх життєвих процесів, єдине джерело кисню в процесі фотосинтезу. (Вода)

4. Раніше цю речовину виробляли тільки з відходів виробництва шовку. У 102 р. китайський вчений Цай Лунь зміг отримати  її з суміші деревної кори, конопель і ганчірок. Про яку речовину мова? (Про папір)

5. Чим пахне бутиловий ефір бутанової кислоти? (Ананасом)

6. Що являється продуктом гідролізу сахарози?  (Глюкоза та фруктоза)

7. Який елемент найрозповсюдженіший в природі (Оксиген)

8. Яка товщина озонового шару? (2-4 мм)

9. Крейда, мармур, вапняк... Що їх об’єднує? (Склад: це все карбонат кальцію)

10. Цю речовину використовують і військові, і фармацевти. Що це? (Нітрогліцерин)

11. Що буде, якщо нагрівати деревину без доступу повітря? (Деревне вугілля)

12. Чому целюлозу не використовують для харчування? (Організм людини не має ферменту, здатного до її розщеплення)

13. В яких органічних розчинниках розчиняється целюлоза? (В жодних)

14. Яка речовина є антиподом кислоти? (Луг)

15. Лауреат двох Нобелевських премій, яка відкрила елемент №84 та назвала на честь своєї батьківщини? (Марія Складовська-Кюрі, Полоній)

 

Питання для бліцу:

1. Автор Періодичного закону, автор «Основ хімії». (Д.І. Менделєєв)

2. Винахідник  динаміту (А. Нобель)

3. Про кого йде мова: "Цей персонаж чудово розбирався в хімії, добре грав на скрипці, але став всесвітньо відомим не через це". (Про Шерлока Холмса)

 

Підведення підсумків уроку:

Назва

Зміст

1

Результати кейс-уроку можна доповнити такими знахідками учнів:

 

2

Які 3 сайти допомогли знайти важливу інформацію?

http://edufuture.biz/

 

3

На допомогу учню і коучу:

http://edufuture.biz/

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B5%D0%BA%D0%B0%D1%80%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D1%81%D1%80%D0%B5%D0%B4%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE

http://www.health-ua.org/archives/health/1100.html

http://www.zooplandia.ru/articlelist/39919158-O-samolechenii-zhivotnih

4

Де знаходити інформацію для кейсу:

http://edufuture.biz/

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B5%D0%BA%D0%B0%D1%80%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D1%81%D1%80%D0%B5%D0%B4%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE

http://www.health-ua.org/archives/health/1100.html

http://www.zooplandia.ru/articlelist/39919158-O-samolechenii-zhivotnih

http://proza.ru/2011/04/16/1411

http://www.meddaily.ru/article/29nov2013/machuse

 

5

Локація проведення кейс-уроку:

Кейс-урок проходить у класі.

Можливе проведення в музеї, бібліотеці.

6

Змагальність:

Команди хлопців та дівчат.

Рахунок склав:….

Завдання для них:

  • Яка кількість речовини, що діє, міститься в 450 мл ліків,якщо в 5 мл вміст складає 58 мг?
  • Яка кількість цієї речовини накопичиться в організмі за 3 дні при прийомі 2 рази в день (коефіцієнт кумуляції 0,98)? При цьому з організму за добу виводиться 99% цієї речовини.

7

Домашнє завдання:

Сформулювати по п'ять питань до матеріалу кейсу

(індивідуальне завдання).

8

Тривалість:

90 хв (спарений урок)

 

9

 

Можливість схеми заняття з учнем-дублером: 

Можливо

10

Отримані знання і напрацьовані компетенції:

 

Знання про хімічні і фізико-хімічні основи дії ліків і вітамінів.

Знання про біологічні особливості фармацевтичних препаратів.

Здобуття практичних навичок застосування отриманої інформації.

Здобуття конкретних знань з біології, хімії, зоології та інших розділів (наведені в розгортках).

11

Теги:

Теги: лікарський препарат, антибіотики, штами, пеніцилін, віруси, імунітет, вітаміни, хімічний зв'язок, селективність, ковалентний зв’язок, фармакокінетика, доза, ефект кумуляції, наноліки.

12

Автори:

Грабовська Лариса Леонідівна

13

Брали участь в апгрейді кейсу:

 

The End

«Знання завжди повинні бути свіжими!»

Цікаві факти

Протягом життя у людини виділяється така кількість слини, що нею можна заповнити два басейни середнього розміру.

Знайшли помилку? Виділіть текст та натисніть Ctrl + Enter, ми будемо Вам дуже вдячні!

Знайшли помилку? Виділіть текст та натисніть Ctrl + Enter, ми будемо Вам дуже вдячні!