עבודה בנושא הומאוסטזיס של חמצן - גיקסו ועבודות נוספות
נעמי רייבשטיין -  קורס מורים מובילים תשס"א

מטרות בתחום התוכן: 
·	להבין את משמעות המושג הומאוסטזיס
·	להכיר את העובדה שבהומאוסטזיס משתתפים מערכות שונות בשיתוף פעולה
·	להכיר את העובדה שההומאוסטזיס מתרחש ברמות בקרה שונות
·	להבין את חשיבות ההומאוסטזיס של חמצן
·	לדון במצבים בהם מופרת ההומאוסטזיס (של חמצן במקרה הזה)

מטרות בתחום מיומנויות למידה
מטרות לפיתוח לומד עצמאי:
·	שיפור מיומנויות איתור, איסוף והעברת מידע.
-	שימוש במקורות שונים.
-	קריאה ביקורתית.
-	הקשבה וצפייה ( להרצאות ומצגות התלמידים האחרים)

·	עיבוד והצגת מידע.
·	פיתוח חשיבה יצירתית.
·	פיתוח חשיבה מערכתית.
·	שיפור אינטראקציות תלמיד -  תלמיד.
-	עבודת צוות.
-	שיתוף פעולה.
-	אחריות

פירוט הנושאים:

הומאוסטזיס של חמצן:

·	ברמת המערכת האקולוגית
·	ברמת הגוף
·	ברמת התאים
·	ברמה המולקולרית
·	ברמה של הבקרה הגנטית

רמת המערכת האקולוגית
·	''האבולוציה'' של הרכב הגזים באטמוספרה
·	הקשר בין פוטוסינתזה ונשימה ואיזון הגזים באטמוספרה
·	גורמים המפרים את האיזון והשלכותיהם

רמת הגוף (באורגניזמים בעלי מערכת הובלה )
1.	הקשר שבין מערכת הדם למערכת הנשימה
하나.	מערכת הדם מובילה חמצן (פלסמת הדם, תאי דם אדומים )
둘.	תגובת מערכת הדם לעליה או ירידה בלחץ החמצן ברמת ויסות כמות תאי הדם האדומים וממדיהם.
셋.	מערכת הנשימה: ויסות על קצב ועומק הנשימה בתלות בריכוז החמצן והפחמן הדו חמצני בגוף

2.	שמירה על ריכוז החמצן במצבים שונים:
하나.	מאמץ
둘.	במהלך ההתפתחות העוברית

3.	הקשר שבין גודל הגוף ( או משקלו ) לצריכת החמצן 

4.	חמצן וטמפרטורת הגוף

5.	חמצן ומשקל הגוף

6.	בניית והרס העצם וחמצן

רמת התאים
1.	התאים ודרישותיהם לחמצן. כיצד מודיעים התאים על שינויים בצורך בחמצן?
2.	הקשר בין דרישות לחמצן ומספר המיטוכונדריות
3.	מטבוליזם בתא וחמצן 

רמה מולקולרית
1.	מיוגלובין והמוגלובין
2.	אריתרופואין
3.	גורמים המשפעים על קשירת החמצן להמוגלובין ושחרורו ממנו. כיצד מנגנונים אלה באים לידי ביטוי במצבים שונים?

רמה הבקרה הגנטית 
בקרה על ההומאוסטזיס של חמצן ברמה הגנטית:
1.	בקרה על יצירת אריתרופואיטין
2.	בקרה על יצירת המוגלובין
3.	הקשר שבין HIF - 1 ו -NO  לבין ההומאוסטזיס של חמצן

מצבים שבהם מופרת ההומאוסטזיס:
1.	אנמיה
2.	חמצן וכאבי ראש
3.	נזקי חמצן והזדקנות
4.	סרטן, חמצן וטיפוליו
5.	מוח וחמצן 

מהלך ההוראה ופעילות

התלמידים יתחלקו לזוגות. כל זוג יחקור תת נושא מבין תת הנושאים המפורטים למעלה. 
(יש לשים לב בחלוקת הנושאים על שיווין בין הקבוצות. יחד עם זאת ניתן לתמרן ולהתאים את הנושאים ורמת הקושי לרמת התלמידים השונים).

לאחר מכן הכיתה תתחלק לקבוצות על פי רמות הבקרה השונות.  
על כל קבוצה לכתוב מאמר שיסכם את ההיבטים השונים של אותו נושא וגם דף עבודה.

את המאמרים ודפי עבודה יש להגיש למורה. לאחר בדיקה ותיקונים, כל המאמרים ודפי העבודה יחולקו לכל התלמידים. 
על כל תלמיד לעבור על כל המאמרים ולפתור את כל דפי העבודה.

במהלך פעילות זאת נחלק שוב את הכיתה לקבוצות התייעצות: כל קבוצה תמנה 6 תלמידים, כאשר כל תלמיד שולט בנושא שקבוצתו הכינה. התלמידים יוכלו לדון בדפי העבודה ולהתייעץ ולשאול שאלות לכותבי המאמרים.

אפשרות נוספת: בקבוצות ההתייעצות התלמידים יכינו פעילות המסכמת את כל הנושאים ( תערוכה, מצגת, מאמר מסכם, פוסטרים וכו' ).
 
בסופו של דבר כל תלמיד יגיש את כל 6 דפי העבודה .

רוב הפעילות בקבוצות תתבצע בכיתה. המורה יקבע מראש את מספר השיעורים שיוקדשו לנושא בכיתה. אך ברור שתלמידים יצטרכו להקדיש הרבה זמן מחוץ לשעות הלימוד ( חיפוש חומר, מפגשים וכו' ).

פעילות נוספת
1. ניסוי בנושא משקל הגוף וצריכת חמצן
לשם ביצוע הניסוי יש צורך בארלנמייר, דגים בגודל שונה ואלקטרודת חמצן. 
באותה מידה ניתן לבדוק השפעת הטמפרטורה על נשימת דגים  או יצורים אחרים.
אפשר לבקש מהתלמידים עצמם לתכנן את מהלך הניסוי.
2. דיון בשימוש בבע"ח לצורך הוראה. לאחר ביצוע הניסוי, מחלקים את הכיתה לקבוצות דיון וכל קבוצה תדון בצורך ובמוסריות שבעריכת ניסויים בבע"ח.   כל קבוצה תעלה את היתרונות וחסרונות שבעניין ותמליץ את המלצותיה. כל קבוצה תציג את עמדתה בפני הכיתה ויערך דיון קבוצתי. 
3. ניסוי מאמץ /מנוחה וקצב הנשימה -  בעיות 57 ו - 62  מתוך בחינות הבגרות
4.	 חמצן וכתמים: הצעת מעבדות. חמצן נקשר לברזל ולכן הוא יכול להסיר כתמים בכביסה הנגרמים מעודף ברזל במים. בנוסף, חמצן הוא חומר פעיל מאוד ויש לו השפעות מזיקות על חומרים בגוף. תכונה זו מנוצלת גם על מנת להסיר כתמי שומן וכתמים אחרים מהכביסה. ניתן לתלמידים לתכנן ניסוי הקשור בתופעה זו ולבצע אותו (אפשר בבית) לאחר קבלת אישור מהמורה. 
5.	 דיון בנושא אריתרופואיטין וספורט

דרך ההערכה

מאמר קבוצתי: 30%
דף עבודה: 20%
פעילות מסכמת: 30%
דפי עבודה פתורים: 20% 

קשיים
הנושא של הבקרה הגנטית עלול להיות קשה מדי מבחינת התוכן ובגלל שכל החומר נמצא באנגלית. יש לשקול העברת החומר הזה, בצורה יותר פשוטה על ידי המורה עצמו. מצד שני הנושא הזה חשוב מאוד, המחקר לטיפול בסרטן מתמקד בו בשנים האחרונות.
  
כל הנושאים המולקולריים דורשים תמיכה על ידי המורה. יש לתת את המשימה הזו לקבוצת תלמידים חזקה ולכוון אותה. 

חיפוש ומציאת החומר. התמודדות עם חומר באנגלית (בכל הנושאים), גם בגלל השפה הזרה וגם בגלל ההתנגדות של תלמידים לקרוא באנגלית.  כדאי להתייעץ עם המורה לאנגלית של הכיתה, אולי הוא/היא יוכלו להציע פתרון וסיוע. 

העבודה בכתה בקבוצות אינה פשוטה. תלמידים עובדים בקצב שונה ומידת הריכוז שלהם שונה. יש לדאוג מראש לסביבה תומכת ואולי אפילו חלוקת הקבוצות במקומות שונים: חלק בכיתה, חלק בספריה, חלק בחדר מחשבים (על פי הפעילות הספציפית שהקבוצה עושה באותו שיעור). לכן, צריך שכל קבוצה תכין לעצמה לו''ז ורשימה של צרכים. בצורה כזו המורה יוכל גם הוא להתארגן ולהגיש עזרה לקבוצות הדורשות זאת (אפילו תוך קביעה מראש).
כל קבוצה תנהל יומן עבודה ותכנון, כדי להקל על העבודה של עצמה ושל המורה (ודרך זה גם של הקבוצות האחרות).

יש למנוע שבקבוצות ההתייעצות, תלמידים יענו על דפי העבודה שהם הכינו בעצמם, שלנושא שלהם הם מומחים. לכן יש לבצע את הפעילות הזו, לאחר שבועיים מיום מתן הדפים ולהקדיש לה רק שיעור אחד.  זה יבטיח שהתלמידים יתייעצו בנקודות שלא הבינו. המורה יסתובב בין הקבוצות. 

מומלץ יותר להטיל על הקבוצות את משימת הסיכום, ובכך להבטיח אינטראקציה בין התלמידים המומחים בנושאים השונים.

קושי נוסף שיש להיות ער לו הוא מתחים שעלולים להתפתח בין התלמידים העובדים באותה קבוצה או בין קבוצות שונות. 
למשל עלולה להיווצר בעיה שתלמיד נעדר וכל החומר או חלק ממנו, אצלו. לכן כדאי להכין עותק של כל העבודה שלהם, תוך כדאי ביצוע העבודה, לשמור אותו בתיקיה במעבדה  ולעדכן  אותו משיעור לשיעור. 

מקורות
כל קבוצה  תמצא את מקורות המידע שלה.

מספר אתרים באינטרנט (יזדקקו לעזרת המורה)

1.	All Lives Seek Balance
http://cgee.hamline.edu/see/crs_and_concept/see_essay_primer_10-11.htm
2.	Balance: Homeostasis in the Biosphere Gaia Theory
http://www.gaianet.fsbusiness.co.uk/gaiatheory.html
3.	Introduction to maximal oxygen uptake (VO2 max)
http://btc.montana.edu/olympics/physiology/pb02.html
4.	Homeostasis
http://www.nurseminerva.co.uk/homeosta.htm
5.	Oxygen Debit
http://www.brianmac.demon.co.uk/oxdebit.htm
6.	EXPRESSION OF A HYPOXIA DEPENDENT TRANSCRIPTION FACTOR BY OSTEOCYTES
www.jbjs.org/ORS-99/pdfs/0629.pdf
7.	RED BLOOD CELL DEGRADATION PRODUCTS MODIFY RESPONSIVENESS OF ERYTHROPOIETIN GENE TO HYPOXIA
www.elet2.sote.hu/eke/ISOTT98/Abs/A150_Necas.html
8.	Hypoxia Online
http://www.hypoxia.net/
9.	Erythropoietin
http://path.upmc.edu/consult/rla/july1995.html
10.	BLOOD AND ITS COMPONENTS
http://www.spacelab.net/~rjnoonan/humans_in_space/blood.html
11.	REGULATION OF RED BLOOD CELL PRODUCTION
http://research.bwh.harvard.edu/rdbook/h2.htm
12.	Antioxidants: An Antidote to Aging?
http://www.realtime.net/anr/antiox.html
13.	Biochemistry and aging
http://www.nih.gov/nia/health/pubs/secrets-of-aging/p3.htm#p31
14.	Iron stains in the laundry
http://ohioline.osu.edu/hyg-fact/5000/5539.html
15.	Spotting with bleaches
http://www.pdclean.org/tech_talk.htm
16.	STAIN REMOVAL TECHNIQUES
http://extension.usu.edu/coop/family/faq/stains.htm
17.	OXYBOOST VS.COMMERCIAL OXYGEN BLEACHES 
http://www2b.abc.net.au/science/k2/stn/posts/topic318151.shtm
18.	DOES ATOMIC OXYGEN HAVE A FUTURE IN ART CONSERVATION?
http://www.anu.edu.au/CSEM/ENGN2216/atomic/first.html
19.	How does chlorine bleach work?
http://lycos.howstuffworks.com/question189.htm
20.	What is bleach and how does it work?
http://crystal.biol.csufresno.edu:8080/projects/74.html
21.	Athletes have failed tests - USA drug czar
http://uk.sports.yahoo.com/000915/4/ajcpe.html
22.	AIR UP THERE. I.H.T. THE NEW FORCE IN ALTITUDE TRAINING (hypoxic training)
http://www.go2altitude.com/multi99.html
23.	Medical Care of Athletes in the era of Performance Enhancing Drugs of Sport (PEDOS) Syndrome
http://www.imj.ie/issue17/Editorial1.html
24.	BEYOND EPO
http://64.124.102.120/CoachRod.html
25.	The Red Blood Cell and the Athlete
http://physiotherapy.curtin.edu.au/academic/ep552_96/RBC/Intro.html

מאמרים:

1.	HIF - 1 and mechanisms of hipoxia sensing. Gregg L Semenza. Cell Biology 2001, 13:167 -171
2.	HIF - 1: mediator of physiological and pathophysiological responses to hypoxia. GL Semenza. J. Appl Physiol 2000 Apr;88(4):1474 - 80
3.	Regultion of mammalian O2 homeostasis by hypoxia - inducible factor 1. GL Semenza, Annu Rev Cell Dev Biol 1999;15:551 - 78
4.	Hypoxia - inducible factor 1: mater regulator of O2 homeostasis. Semenza GL, Curr Opin Genet Dev 1998 oct;8 ( 5 ) :588 - 94  
5.	MAMMALIAN OXYGEN SENSING, SIGNALLING AND GENE REGULATION
The Journal of Experimental Biology 203, 1253 – 1263 ( 2000 )
6.	Oxidative damage to mitochondria and aging.
Exp Gerontol 2001 Jul;36 ( 7 ) :957 - 68.
ספרי עזר אפשריים:
ביולוגיה היום
עקרונות הפיזיולוגיה  –  האוניברסיטה הפתוחה
פרקים בפיזיולוגיה של האדם  –  האוניברסיטה הפתוחה
פרקים באקולוגיה
אבולוציה  –  האסופה
החלפת מכתבים בין אנשים באינטרנט בנושא חמצן וכאבי ראש ( מצורף בהמשך )
חידת ההזדקנות  –  דוד גרשון, אוניברסיטה משודרת

החלפת מכתבים בין אנשים באינטרנט בנושא חמצן וכאבי ראש:
(אפשר לתת את המכתבים האלה לקבוצה שתחקור את הקשר בין המוח והחמצן, בתור גירוי והתחלת הנושא. סביר להניח שהקבוצה עצמה כבר תחשוב מה לעשות עם המכתבים האלה בהצגה שלהם)

Flying responsible for headaches ?
This article submitted by Mike on 1/3/98.
Email Address: Hurls2@aol.com
Has anyone heard of a link between flying and headaches? My father has been suffering for over 2 years with what was initially diagnosed as cluster headaches, then trigeminal neuralgia(quickly ruled out by a specialist at MGH). After many scans, tests,medications, etc., he has decided to just put-up with the pain. The pain started "out-of-the-blue" while flying.(commercial) Any suggestions/help would be greatly appreciated. Thanks

HAL Shortage of oxygen (hypoxia)
This response submitted by HAL 9000 on 1/6/98.
Email Address: HAL9000@spencer.batnet.com
I agree with Sharon - it's probably the shortage of oxygen at high altitude that promotes headache onset associated with flying. Even on a pressurized airliner, there may not be enough oxygen available. 
Hypoxia (shortage of oxygen) forces the nervous system to adjust physiology to reestablish a balance between oxygen use and oxygen availability. This balance (homeostasis) must be maintained at all times, or unconciousness quickly results. The nervous system reestablishes this balance by lowering the need for oxygen while at the same time increasing the supply of blood (and therefore of oxygen) to the brain. It does so by releasing adenosine, which dilates the blood vessels leading to the brain, and also inhibits nerve firing, which decreases the rate of metabolism, and thereby decreases the rate of oxygen use. 
The problem is that adenosine is also the endogenous (originating within the body) chemical responsible for causing headache. Headache means that for some reason you have too high a concentration of adenosine floating free (outside of cells) within your head. Anything that leads to hypoxia, therefore, promotes headache.

Possible cause
This response submitted by Sharon on 1/5/98.
Email Address: 
A possible cause could be the decreased oxygen content of the air. Airliners are pressurized for 10,000 feet so the amount of O2 is less that at sea level. It would be like going up into the mountains to an altitude of 10,000 feet. Many people will get altitude sickness and one of the symptoms is headache.

Flying/headaches
This response submitted by Diane on 1/5/98.
I discovered that increased carbon dioxide level will trigger headaches in my case. I've often developed headaches on commercial airplanes when they are loaded and then take-off is delayed. I am a teacher and developed horrible headaches when exposed to my classroom following some maintence work done on the air system over the summer. It was determined there was NO fresh air if the system was heating or cooling which was most of the time. When CO2 rates rose above 700ppm a headache was triggered pretty consistantly. Most standards determine 1000 ppm acceptable. Increasing fresh air intake helped reduce the problem. I feel I can sense the stuffy air now and try to avoid such situations when possible. I would love to see CO2 readings for grounded airplanes and for that matter, for many crowded full planes as well!

This sometimes happens to me...
This response submitted by KatherineM on 1/5/98.
Email Address: KatherineM@hotmail.com
I will often get a headache/migraine while flying or on a long car ride. 
For me I believe this is as a result of my inner ear being unable to properly adjust to changes in air pressure. I have to constantly "pop" my ears (gum doesn't help). Before a trip I usually make sure I've got my sinuses good and clear....sometimes take a decongestant before and during the flight. 

My Cluster Relief
This article submitted by Scott on 10/23/96.
Author's Email: cfidle19@mail.idt.net
I have suffered with clusters for 3 years now. They are about a year or so apart lasting for about two months. The doctor in the begining tried a few different drugs but none of them helped at all. Then he put me on oxygen. I take 10 liters per minute for a half an hour or less and the headache is compleatly gone. I my get 10 or 12 headaches per day, with the oxygen I can return to my old self in a half hour or less. My insurance covers everything, the tanks, valves and the mask. I have a oxygen company deliver the tanks right to my door step. I keep a large "M" tank at home, and I have a small portable "E" tank that I travel with. It's not a cure but it sure makes me feel that I have some control on this horrible pain. Let me know if this helps you.

Why oxygen works
This response submitted by Barry Spencer on 10/25/96.
Author's Email: neurowebforum@spencer.batnet.com
Administration of oxygen may relieve severe benign headache by reversing hypoxia (lack of oxygen). Hypoxia causes oxygen-starved tissues to release adenosine, a neurotransmitter that acts to restore homeostasis, the balance between oxygen availability and oxygen use. In my view, excessive adenosine combined with excessive sensitivity to adenosine (due to adaptation to methylxanthines) causes symptoms of benign headache including migraine. This neurochemical disturbance occurs mainly in sensory neurons in the sensory apparatus of the head (the lips, tongue, olfactory tubercles, retinas, cochleae, and vestibular apparatus) which explains the location of headache pain as well as the sensory disturbances and nausea that often accompany benign headache including migraine. 
In my view, any factor - such as hypoxia - that raises the level of extracellular adenosine promotes the occurrence of benign headache and/or aggravates a benign headache in progress. 
- Barry Spencer 

Works for Me
This response submitted by Jim Ambrose on 10/23/96.
Author's Email: jambrose@vortexdata.com
I have been using O2 for many years, and it works better than anything I have ever found. When I have an attack I know that as soon as I start breathing pure O2 it isn't going to get any worse, and it is usually gone in 15 min. or so. Every once in a while it dosn't work and the attack lasts 2.5 to 3 hours, but the O2 makes the pain manageable. Until I got medical insurance I was a regular at my local welding supply house.