Методів фізіологічних досліджень
Фізіологія - наука, що вивчає механізми функціонування організму в його взаємозв'язку з навколишнім середовищем (ця наука про життєдіяльність організму), фізіологія - наука експериментальна і основними методами фізіологічної науки є експериментальні методи. Однак фізіологія як наука зародилася всередині медичної науки ще до нашої ери у Стародавній Греції в школі Гіппократа, коли основним методом дослідження був метод спостереження. Виділилася фізіологія в самостійну науку в XV столітті завдяки дослідженням Гарвея і ряду інших вчених природодослідників, і, починаючи з кінця XV - початку XVI століть, основним методом у галузі фізіології був метод експерименту. І.М. Сеченовим і І.П. Павловим був внесений значний внесок у розвиток методології в області фізіології, зокрема в розробці хронічного експерименту.
Література:
1. Фізіологія людини. Косицкой
2. Корбков. Нормальна фізіологія.
3. Зімкін. Фізіологія людини.
4. Фізіологія людини під ред. Покровського В.М., 1998 р.
5. Фізіологія ВНД. Коган.
6. Фізіологія людини і тварин. Коган. 2 т.
7. Під ред. Ткаченко П.І. Фізіологія людини. 3 т.
8. Під ред. Ноздрочева. Фізіологія. Загальний курс. 2 т.
9. Під ред. Кураєва. 3 т. Переказний підручник? фізіології людини.
Метод спостереження - це найдавніший, зародився в Др. Греції, добре розвинений був в Єгипті, на Др. Сході, в Тибеті, в Китаї. Суть цього методу полягає в тривалому спостереженні змін функцій і станів організму, фіксування цих спостережень і за можливості зіставлення візуальних спостережень зі змінами організму після розтину. У Єгипті при муміфікації трупи розтинали, спостереження жерця за хворим: зміни шкірних покривів, глибина і частота дихання, характер і інтенсивність виділень з носа, ротової порожнини, а також обсяг і колір сечі, її прозорість, кількість і характер виділяється калу, його колір, частота пульсу та інші показники, які зіставлялися із змінами у внутрішніх органах, фіксувалися на папірусі. Таким чином вже по зміні виділяються організмом калу, сечі, мокротиння і т.д. можна було судити про порушення функцій того чи іншого органу, наприклад, якщо кал білого кольору допустимо припускати порушення функцій печінки, якщо кал чорного або темного кольору, то можливо припустити шлункового або кишкова кровотеча. Додатковим критерієм служили зміни кольору і тургору шкіри, набряклість шкіри, її характер, забарвлення склери, пітливість, тремтіння і т.д.
Гіппократ до спостережуваних ознаками відносив характер поведінки. Завдяки своїм ретельним спостереженнями їм було сформульовано вчення про темперамент, згідно з яким все людство за особливостями поведінки ділиться на 4 типи: холерики, сангвініки, флегматики, меланхоліки, проте Гіппократ помилився у фізіологічному обгрунтуванні типів. В основу кожного типу їм було покладено співвідношення основних рідин організму: Сангву - кров, флегма - тканинна рідина, холе - жовч, меланхолеа - чорна жовч. Наукове теоретичне обгрунтування темпераментів було дано Павловим в результаті тривалих експериментальних досліджень і виявилося, що в основі темпераменту лежить не співвідношення рідин, а співвідношення нервових процесів збудження і гальмування, ступінь їх вираженості і переважання одного процесу над іншим, а також швидкість зміни одного процесу іншими.
Метод спостереження широко використовується в фізіології (особливо в психофізіології) і в даний час метод спостереження поєднується з методом хронічного експерименту.
Метод експерименту. Фізіологічний експеримент на відміну від простого спостереження - це цілеспрямоване втручання в поточне відправлення організму, розраховане на з'ясування природи і властивостей його функцій, їх взаємозв'язків з іншими функціями і з факторами зовнішнього середовища. Також втручання часто вимагає хірургічної підготовки тварини, яка може носити: 1) гостру (вівісекціонную, від слова vivo - живе, sekcia - сєку, тобто сєку по живому), 2) хронічну (експериментально-хірургічну) форми.
У зв'язку з цим експеримент поділяють на 2 види: гострий (вівісекція) і хронічний. Фізіологічний експеримент дозволяє відповісти на питання: що відбувається в організмі і як відбувається.
Вівісекція представляє собою форму експерименту, що проводиться на нерухомому тварину. Вперше вівісекція початку застосуються в середні століття, але широко стала впроваджуватися в фізіологічну науку в епоху Відродження (XV-XVII ст). Наркоз у той час не був відомий і тварина жорстко фіксувалася за 4 кінцівки, при цьому воно зазнавало муки і видавало несамовиті крики. Експерименти проводилися в у спеціальних кімнатах, які народ охрестив «диявольськими». Це послужило причиною появи філософських груп і течій. Анімалізм (течії, пропагування гуманного ставлення до тварин і виступ за припинення знущань над тваринами, анімалізм пропагується в даний час), віталізм (виступала за те, не проводилися експерименти на ненаркотізірованних тварин і волонтерів), механіцизм (отожествляли правильно протікають в тварині за процесами в неживої природи, яскравим представником механіцизму був французький фізик, механік і фізіолог Рене Декарт), антропоцентризм.
Починаючи з XIX століття в гострому експерименту стали застосовувати наркоз. Це призвело до порушення процесів регуляції з боку вищих відростків ЦНС, в результаті порушується цілісність реагування організму та його зв'язок із зовнішнім середовищем. Таке застосування наркозу і хірургічна цькування при вівісекції вносить в гострий експеримент неконтрольовані параметри, які важко врахувати і передбачити. Гострий експеримент, як і будь-експериментальний метод, має свої переваги: 1) вівісекція - один з аналітичних методів, дає можливість моделювати різні ситуації, 2) вівісекція дає можливість отримувати результати у відносно короткий термін, і недоліки: 1) у гострому експерименті відключається свідомість при застосуванні наркозу і відповідно порушується цілісність реагування організму, 2) порушується зв'язок організму з навколишнім середовищем у випадки застосування наркозу, 3) за відсутності наркозу йде неадекватний нормальному фізіологічному стану викид стресорні гормонів і ендогенних (вироблюваних всередині організму) морфіноподібних речовин ендорфінів, що надають знеболюючий ефект .
Все це сприяло розробці хронічного експерименту - тривалого спостереження після гострого втручання та відновлення взаємин з навколишнім середовищем. Переваги хронічного експерименту: організм максимально наближений до умов інтенсивного існування. Деякі фізіологи до недоліків хронічного експерименту відносять те, що результати виходять у відносно тривалий термін.
Хронічний експеримент вперше був розроблений вітчизняним фізіологом І.П. Павловим, і, починаючи з кінця XVIII століття, широко застосовується у фізіологічних дослідженнях. У хронічному експерименті використовується ряд методичних прийомів і підходів.
Метод, розроблений Павловим - метод накладення фістул на порожнисті органи та на органи, що мають вивідні протоки. Родоначальником фістульних методи був Басов, однак при накладенні фістули його методом, вміст шлунка потрапляло в пробірку разом з травними соками, що ускладнило вивчення складу шлункового соку, етапів травлення, швидкості протікання процесів травлення і якості відокремлюваного шлункового соку на різний склад їжі.
Фістули можуть накладатися на шлунок, протоки слинних залоз, кишечник, стравохід і ін Відмінність павлівської фістули від Басовский полягає в тому, що Павлов накладав фістулу на "малий шлуночок», зроблений штучно хірургічним шляхом і зберігає травну та гуморальну регуляцію. Це дозволило Павлову виявити не тільки якісний і кількісний склад шлункового соку на прийняту їжу, але й механізми нервової і гуморальної регуляції травлення в шлунку. Крім того, це дозволило Павлову виявити 3 етапи травлення:
1) условнорефлекторном - при ньому виділяється апетитний або «запальний» шлунковий сік;
2) безусловнорефлекторной фаза - шлунковий сік виділяється на який надійшов їжу незалежно від її якісного складу, тому що в шлунку розташовуються не тільки хеморецептори, але і нехеморецептори, що реагують на обсяг їжі,
3) кишкова фаза - після того, як їжа потрапляє в кишечник, то травлення посилюється.
За свої роботи в галузі травлення Павлов був удостоєний Нобелівської премії.
Гетерогенні нервово-судинні або нервово-м'язові анастенози. Ця зміна ефекторних органу в генетично детермінованої нервової регуляції функцій. Проведення таких анастеноз дозволяє виявити відсутність або наявність пластичності нейронів або нервових центрів у регуляції функцій, тобто чи може сідничний нерв з залишком хребта управляти дихальної мускулатурою.
При нервово-судинних анастенозах ефекторних органів є кровоносні судини і відповідно розташовані в них хемо-і барорецепторів. Анастенози можуть виконуватися не тільки на одній тварині, а й на різних тварин. Наприклад, якщо зробити анастеноз нервово-судинний у двох собак на каротидної зону (розгалуження дуги сонної артерії), то можна виявити долі різних відділів ЦНС в регуляції дихання, кровотворення, судинного тонусу. При цьому режим вдихуваного повітря змінюють у донної собаки, а регуляцію бачать в іншої.
Пересадка різних органів. Підсадка і видалення органів або різних ділянок мозку (екстирпація). У результаті видалення органу створюють гіпофункцію тієї чи іншої залози, в результаті підсадки створюють ситуацію гіперфункції або надлишку гормонів тієї чи іншої залози.
Екстирпація різних ділянок головного мозку та кори головного мозку виявляють функції цих відділів. Наприклад, при видаленні мозочка було виявлено його долі у регуляції руху, у підтримці пози, статокинетических рефлексів.
Видалення різних ділянок кори головного мозку дозволило Бродману картировать мозок. Він розділив кору на 52 поля за функціональними відправлень.
Метод перерезки головного спинного мозку. Дозволяє виявити функціональну значущість кожного відділу ЦНС в регуляції соматичних і вісцеральних функцій організму, а також у регуляції поведінки.
Імплантація електронів в різні ділянки мозку. Дозволяє виявити активність і функціональну значимість тієї чи іншої нервової структури в регуляції функцій організму (рухових функцій, вісцеральних функцій і психічних). Електроди, вживлюються в мозок, робляться з інертних матеріалів (тобто вони повинні бути інтоксічнимі): платина, срібло, паладій. Електроди дозволяють не тільки виявляти функцію тієї чи іншої ділянки, але і навпаки, зареєструвати в якій ділянці мозку поява викликає потенціал (ОТ) у відповідь на ті чи інші функціональні відправлення. Мікроелектродна техніка дає людині можливість вивчити фізіологічні основи психіки та поведінки.
Імплантація канюль (мікро). Перфузію - пропускання розчинів різного хімічного складу на нашу компоненту або за наявності в ньому метаболітів (глюкоза, ПВК, молочна кислота) або за змістом біологічно активних речовин (гормони, нейрогормони, ендорфіни, енкефаміни та ін.) Канюль дозволяє вводити розчини з різним вмістом в ту чи іншу область мозку і спостерігати зміну функціональної активності з боку рухового апарату, внутрішніх органів або поведінки, психологічної діяльності.
Мікроелектродна технологія і конюлірованіе застосовуються не тільки на тварин, але і на людині під час хірургічних операцій на мозку. У більшості випадків це робиться з діагностичною метою.
Введення мічених атомів і подальше спостереження на позитронно-емісійної томографії (ПЕТ). Найчастіше вводять Ауро-глюкозу, мічену золотом (золото + глюкоза). За образним висловом Гріна, універсальним донором енергії у всіх живих системах є АТФ, а при синтезі і ресінтізе АТФ основним енергетичним субстратом є глюкоза (ресинтез АТФ може так само відбуватиметься з креатин-фосфату). Тому за кількістю споживаної глюкози судять про функціональну активність тієї чи іншої ділянки мозку, про його синтетичної активності.
Глюкоза споживається клітинами, а золото не утилізується і накопичується в цій ділянці. За різноактивну золоту, його кількості судять про синтетичну та функціональної активності.
Стереотаксичні методи. Це методи, при яких проводяться хірургічні операції з імплантації електродів у певній галузі мозку відповідно до стереотаксичних атласом мозку з подальшою реєстрацією відведених швидких і повільних біопотенціалів, з реєстрацією викликаних потенціалів, а також реєстрацією ЕЕГ, миограмма.
При постановці нових цілей і завдань одне і теж тварину можна використовувати протягом тривалого часу спостереження, зміни розташування мікроелементів або перфузіруя різні області мозку або органи різними розчинами, що містять не тільки біологічно активні речовини, але і метатоліти, енергетичні субстрати (глюкоза, креотінфосфат, АТФ ).
Біохімічні методи. Це велика група методик, за допомогою яких в циркулюючих рідинах, тканинах, а іноді і органах, визначають рівень катіонів, аніонів, неноніцірованних елементів (макро і мікроелементів), енергетичних речовин, ферментів, біологічно активних речовин (гормони та ін) . Ці методи застосовуються як in vivo (в інкубаторах) або в тканинах, які продовжують секретувати і синтезувати виробляються речовини в инкубационную середу.
Біохімічні методи дозволяють оцінювати функціональну активність того чи іншого органу або його частини, а іноді й цілої системи органів. Наприклад, за рівнем 11-ОКС можна судити про функціональну активність пучкової зони кори наднирників, але за рівнем 11-ОКС можна судити і про функціональну активність гіпоталамо-гіпофізарно-надниркової системи. У цілому, оскільки 11-ОКС є кінцевим продуктом периферичної ланки кори надниркових залоз.
Методи вивчення фізіології ВНД. Психічна робота мозку довго залишалася недоступною для природознавства в цілому і для фізіології зокрема. Головним чином тому, що про неї судили за відчуттями і вражень, тобто за допомогою суб'єктивних методів. Успіх у цій галузі знань визначився тоді, коли про психічної діяльності (ВНД) стали судити за допомогою об'єктивного методу умовних рефлексів різної складності виробітку. На початку XX століття Павловим була розроблена і запропонована методика вироблення умовних рефлексів. На основі цієї методики можливі додаткові прийоми вивчення властивостей ВНД і локалізації процесів ВНД у головному мозку. З усіх прийомів найбільш часто використовуються наступні прийоми:
Проби можливості освіти різних форм умовних рефлексів (на висоту тону звуку, на колір і т.д.), що дозволяє судити про умови первинного сприйняття. Зіставлення цих кордонів у тварин різних видів дозволяє виявити: у якому напрямку йшла еволюція сенсорних систем ВНД.
Онтогенетическое вивчення умовних рефлексів. Складну поведінку тварин різних вікових груп при його вивченні дозволяє встановити, що в цьому поводженні є вродженим, а що набутим. Наприклад, Павлов брав цуценят одного посліду і вигодовували одних м'ясом, а інших молоком. По досягненню зрілого віку виробляв у них умовні рефлекси, і виявилося, що у тих собак, які з дитинства отримували молоко, умовні рефлекси вироблялися на молоко, а в тих собак, яких з дитинства годували м'ясом, умовні рефлекси легко вироблялися на м'ясо. Таким чином, суворого переваги увазі м'ясоїдної їжі у собак немає, головне, що б вона була повноцінною.
Філогенетичне вивчення умовних рефлексів. Порівнюючи властивості условнорефлекторной діяльності тварин різного рівня розвитку, можна судити: в якому напрямку йде еволюція ВНД. Наприклад, виявилося, що швидкість утворення умовних рефлексів різко від безхребетних і хребетних, порівняно дрібно змінюється протягом всієї історії розвитку хребетних і стрибком досягає здібностей людини відразу пов'язувати?, Що збіглися події (імпринтинг), імпринтинг також властивий виводкових птахів (вилупилися з яйця каченята можуть слідувати за будь-яким предметом: курка, людина і навіть за рухомою іграшкою. У переходах безхребетні тварини - хребетні тварини, хребетні тварини - людина відбилися переломні етапи еволюції, пов'язані з виникненням і розвитком ВНД (у комах нервова система неклеточного типу, у кишковопорожнинних - ретикулярного типу , у хребетних - трубчастого типу, у птахів з'являються бальні ганглії, деякі обумовлюють високий розвиток условнорефлекторной діяльності. У людини добре розвинена кора великих півкуль, що й обумовлює скачок.
Екологічне вивчення умовних рефлексів. Потенціал дії, що виникає в нервових клітинах, що беруть участь в утворенні рефлекторних зв'язків, дозволяє виявити основні ланки умовного рефлексу. Фізіологія - наука, що вивчає механізми функціонування організму в його взаємозв'язку з навколишнім середовищем (ця наука про життєдіяльність організму), фізіологія - наука експериментальна і основними методами фізіологічної науки є експериментальні методи. Однак фізіологія як наука зародилася всередині медичної науки ще до нашої ери у Стародавній Греції в школі Гіппократа, коли основним методом дослідження був метод спостереження. Виділилася фізіологія в самостійну науку в XV столітті завдяки дослідженням Гарвея і ряду інших вчених природодослідників, і, починаючи з кінця XV - початку XVI століть, основним методом у галузі фізіології був метод експерименту. І.М. Сеченовим і І.П. Павловим був внесений значний внесок у розвиток методології в області фізіології, зокрема в розробці хронічного експерименту.
Література:
1. Фізіологія людини. Косицкой
2. Корбков. Нормальна фізіологія.
3. Зімкін. Фізіологія людини.
4. Фізіологія людини під ред. Покровського В.М., 1998 р.
5. Фізіологія ВНД. Коган.
6. Фізіологія людини і тварин. Коган. 2 т.
7. Під ред. Ткаченко П.І. Фізіологія людини. 3 т.
8. Під ред. Ноздрочева. Фізіологія. Загальний курс. 2 т.
9. Під ред. Кураєва. 3 т. Переказний підручник? фізіології людини.
Метод спостереження - це найдавніший, зародився в Др. Греції, добре розвинений був в Єгипті, на Др. Сході, в Тибеті, в Китаї. Суть цього методу полягає в тривалому спостереженні змін функцій і станів організму, фіксування цих спостережень і за можливості зіставлення візуальних спостережень зі змінами організму після розтину. У Єгипті при муміфікації трупи розтинали, спостереження жерця за хворим: зміни шкірних покривів, глибина і частота дихання, характер і інтенсивність виділень з носа, ротової порожнини, а також обсяг і колір сечі, її прозорість, кількість і характер виділяється калу, його колір, частота пульсу та інші показники, які зіставлялися із змінами у внутрішніх органах, фіксувалися на папірусі. Таким чином вже по зміні виділяються організмом калу, сечі, мокротиння і т.д. можна було судити про порушення функцій того чи іншого органу, наприклад, якщо кал білого кольору допустимо припускати порушення функцій печінки, якщо кал чорного або темного кольору, то можливо припустити шлункового або кишкова кровотеча. Додатковим критерієм служили зміни кольору і тургору шкіри, набряклість шкіри, її характер, забарвлення склери, пітливість, тремтіння і т.д.
Гіппократ до спостережуваних ознаками відносив характер поведінки. Завдяки своїм ретельним спостереженнями їм було сформульовано вчення про темперамент, згідно з яким все людство за особливостями поведінки ділиться на 4 типи: холерики, сангвініки, флегматики, меланхоліки, проте Гіппократ помилився у фізіологічному обгрунтуванні типів. В основу кожного типу їм було покладено співвідношення основних рідин організму: Сангву - кров, флегма - тканинна рідина, холе - жовч, меланхолеа - чорна жовч. Наукове теоретичне обгрунтування темпераментів було дано Павловим в результаті тривалих експериментальних досліджень і виявилося, що в основі темпераменту лежить не співвідношення рідин, а співвідношення нервових процесів збудження і гальмування, ступінь їх вираженості і переважання одного процесу над іншим, а також швидкість зміни одного процесу іншими.
Метод спостереження широко використовується в фізіології (особливо в психофізіології) і в даний час метод спостереження поєднується з методом хронічного експерименту.
Метод експерименту. Фізіологічний експеримент на відміну від простого спостереження - це цілеспрямоване втручання в поточне відправлення організму, розраховане на з'ясування природи і властивостей його функцій, їх взаємозв'язків з іншими функціями і з факторами зовнішнього середовища. Також втручання часто вимагає хірургічної підготовки тварини, яка може носити: 1) гостру (вівісекціонную, від слова vivo - живе, sekcia - сєку, тобто сєку по живому), 2) хронічну (експериментально-хірургічну) форми.
У зв'язку з цим експеримент поділяють на 2 види: гострий (вівісекція) і хронічний. Фізіологічний експеримент дозволяє відповісти на питання: що відбувається в організмі і як відбувається.
Вівісекція представляє собою форму експерименту, що проводиться на нерухомому тварину. Вперше вівісекція початку застосуються в середні століття, але широко стала впроваджуватися в фізіологічну науку в епоху Відродження (XV-XVII ст). Наркоз у той час не був відомий і тварина жорстко фіксувалася за 4 кінцівки, при цьому воно зазнавало муки і видавало несамовиті крики. Експерименти проводилися в у спеціальних кімнатах, які народ охрестив «диявольськими». Це послужило причиною появи філософських груп і течій. Анімалізм (течії, пропагування гуманного ставлення до тварин і виступ за припинення знущань над тваринами, анімалізм пропагується в даний час), віталізм (виступала за те, не проводилися експерименти на ненаркотізірованних тварин і волонтерів), механіцизм (отожествляли правильно протікають в тварині за процесами в неживої природи, яскравим представником механіцизму був французький фізик, механік і фізіолог Рене Декарт), антропоцентризм.
Починаючи з XIX століття в гострому експерименту стали застосовувати наркоз. Це призвело до порушення процесів регуляції з боку вищих відростків ЦНС, в результаті порушується цілісність реагування організму та його зв'язок із зовнішнім середовищем. Таке застосування наркозу і хірургічна цькування при вівісекції вносить в гострий експеримент неконтрольовані параметри, які важко врахувати і передбачити. Гострий експеримент, як і будь-експериментальний метод, має свої переваги: 1) вівісекція - один з аналітичних методів, дає можливість моделювати різні ситуації, 2) вівісекція дає можливість отримувати результати у відносно короткий термін, і недоліки: 1) у гострому експерименті відключається свідомість при застосуванні наркозу і відповідно порушується цілісність реагування організму, 2) порушується зв'язок організму з навколишнім середовищем у випадки застосування наркозу, 3) за відсутності наркозу йде неадекватний нормальному фізіологічному стану викид стресорні гормонів і ендогенних (вироблюваних всередині організму) морфіноподібних речовин ендорфінів, що надають знеболюючий ефект .
Все це сприяло розробці хронічного експерименту - тривалого спостереження після гострого втручання та відновлення взаємин з навколишнім середовищем. Переваги хронічного експерименту: організм максимально наближений до умов інтенсивного існування. Деякі фізіологи до недоліків хронічного експерименту відносять те, що результати виходять у відносно тривалий термін.
Хронічний експеримент вперше був розроблений вітчизняним фізіологом І.П. Павловим, і, починаючи з кінця XVIII століття, широко застосовується у фізіологічних дослідженнях. У хронічному експерименті використовується ряд методичних прийомів і підходів.
Метод, розроблений Павловим - метод накладення фістул на порожнисті органи та на органи, що мають вивідні протоки. Родоначальником фістульних методи був Басов, однак при накладенні фістули його методом, вміст шлунка потрапляло в пробірку разом з травними соками, що ускладнило вивчення складу шлункового соку, етапів травлення, швидкості протікання процесів травлення і якості відокремлюваного шлункового соку на різний склад їжі.
Фістули можуть накладатися на шлунок, протоки слинних залоз, кишечник, стравохід і ін Відмінність павлівської фістули від Басовский полягає в тому, що Павлов накладав фістулу на "малий шлуночок», зроблений штучно хірургічним шляхом і зберігає травну та гуморальну регуляцію. Це дозволило Павлову виявити не тільки якісний і кількісний склад шлункового соку на прийняту їжу, але й механізми нервової і гуморальної регуляції травлення в шлунку. Крім того, це дозволило Павлову виявити 3 етапи травлення:
1) условнорефлекторном - при ньому виділяється апетитний або «запальний» шлунковий сік;
2) безусловнорефлекторной фаза - шлунковий сік виділяється на який надійшов їжу незалежно від її якісного складу, тому що в шлунку розташовуються не тільки хеморецептори, але і нехеморецептори, що реагують на обсяг їжі,
3) кишкова фаза - після того, як їжа потрапляє в кишечник, то травлення посилюється.
За свої роботи в галузі травлення Павлов був удостоєний Нобелівської премії.
Гетерогенні нервово-судинні або нервово-м'язові анастенози. Ця зміна ефекторних органу в генетично детермінованої нервової регуляції функцій. Проведення таких анастеноз дозволяє виявити відсутність або наявність пластичності нейронів або нервових центрів у регуляції функцій, тобто чи може сідничний нерв з залишком хребта управляти дихальної мускулатурою.
При нервово-судинних анастенозах ефекторних органів є кровоносні судини і відповідно розташовані в них хемо-і барорецепторів. Анастенози можуть виконуватися не тільки на одній тварині, а й на різних тварин. Наприклад, якщо зробити анастеноз нервово-судинний у двох собак на каротидної зону (розгалуження дуги сонної артерії), то можна виявити долі різних відділів ЦНС в регуляції дихання, кровотворення, судинного тонусу. При цьому режим вдихуваного повітря змінюють у донної собаки, а регуляцію бачать в іншої.
Пересадка різних органів. Підсадка і видалення органів або різних ділянок мозку (екстирпація). У результаті видалення органу створюють гіпофункцію тієї чи іншої залози, в результаті підсадки створюють ситуацію гіперфункції або надлишку гормонів тієї чи іншої залози.
Екстирпація різних ділянок головного мозку та кори головного мозку виявляють функції цих відділів. Наприклад, при видаленні мозочка було виявлено його долі у регуляції руху, у підтримці пози, статокинетических рефлексів.
Видалення різних ділянок кори головного мозку дозволило Бродману картировать мозок. Він розділив кору на 52 поля за функціональними відправлень.
Метод перерезки головного спинного мозку. Дозволяє виявити функціональну значущість кожного відділу ЦНС в регуляції соматичних і вісцеральних функцій організму, а також у регуляції поведінки.
Імплантація електронів в різні ділянки мозку. Дозволяє виявити активність і функціональну значимість тієї чи іншої нервової структури в регуляції функцій організму (рухових функцій, вісцеральних функцій і психічних). Електроди, вживлюються в мозок, робляться з інертних матеріалів (тобто вони повинні бути інтоксічнимі): платина, срібло, паладій. Електроди дозволяють не тільки виявляти функцію тієї чи іншої ділянки, але і навпаки, зареєструвати в якій ділянці мозку поява викликає потенціал (ОТ) у відповідь на ті чи інші функціональні відправлення. Мікроелектродна техніка дає людині можливість вивчити фізіологічні основи психіки та поведінки.
Імплантація канюль (мікро). Перфузію - пропускання розчинів різного хімічного складу на нашу компоненту або за наявності в ньому метаболітів (глюкоза, ПВК, молочна кислота) або за змістом біологічно активних речовин (гормони, нейрогормони, ендорфіни, енкефаміни та ін.) Канюль дозволяє вводити розчини з різним вмістом в ту чи іншу область мозку і спостерігати зміну функціональної активності з боку рухового апарату, внутрішніх органів або поведінки, психологічної діяльності.
Мікроелектродна технологія і конюлірованіе застосовуються не тільки на тварин, але і на людині під час хірургічних операцій на мозку. У більшості випадків це робиться з діагностичною метою.
Введення мічених атомів і подальше спостереження на позитронно-емісійної томографії (ПЕТ). Найчастіше вводять Ауро-глюкозу, мічену золотом (золото + глюкоза). За образним висловом Гріна, універсальним донором енергії у всіх живих системах є АТФ, а при синтезі і ресінтізе АТФ основним енергетичним субстратом є глюкоза (ресинтез АТФ може так само відбуватиметься з креатин-фосфату). Тому за кількістю споживаної глюкози судять про функціональну активність тієї чи іншої ділянки мозку, про його синтетичної активності.
Глюкоза споживається клітинами, а золото не утилізується і накопичується в цій ділянці. За різноактивну золоту, його кількості судять про синтетичну та функціональної активності.
Стереотаксичні методи. Це методи, при яких проводяться хірургічні операції з імплантації електродів у певній галузі мозку відповідно до стереотаксичних атласом мозку з подальшою реєстрацією відведених швидких і повільних біопотенціалів, з реєстрацією викликаних потенціалів, а також реєстрацією ЕЕГ, миограмма.
При постановці нових цілей і завдань одне і теж тварину можна використовувати протягом тривалого часу спостереження, зміни розташування мікроелементів або перфузіруя різні області мозку або органи різними розчинами, що містять не тільки біологічно активні речовини, але і метатоліти, енергетичні субстрати (глюкоза, креотінфосфат, АТФ ).
Біохімічні методи. Це велика група методик, за допомогою яких в циркулюючих рідинах, тканинах, а іноді і органах, визначають рівень катіонів, аніонів, неноніцірованних елементів (макро і мікроелементів), енергетичних речовин, ферментів, біологічно активних речовин (гормони та ін) . Ці методи застосовуються як in vivo (в інкубаторах) або в тканинах, які продовжують секретувати і синтезувати виробляються речовини в инкубационную середу.
Біохімічні методи дозволяють оцінювати функціональну активність того чи іншого органу або його частини, а іноді й цілої системи органів. Наприклад, за рівнем 11-ОКС можна судити про функціональну активність пучкової зони кори наднирників, але за рівнем 11-ОКС можна судити і про функціональну активність гіпоталамо-гіпофізарно-надниркової системи. У цілому, оскільки 11-ОКС є кінцевим продуктом периферичної ланки кори надниркових залоз.
Методи вивчення фізіології ВНД. Психічна робота мозку довго залишалася недоступною для природознавства в цілому і для фізіології зокрема. Головним чином тому, що про неї судили за відчуттями і вражень, тобто за допомогою суб'єктивних методів. Успіх у цій галузі знань визначився тоді, коли про психічної діяльності (ВНД) стали судити за допомогою об'єктивного методу умовних рефлексів різної складності виробітку. На початку XX століття Павловим була розроблена і запропонована методика вироблення умовних рефлексів. На основі цієї методики можливі додаткові прийоми вивчення властивостей ВНД і локалізації процесів ВНД у головному мозку. З усіх прийомів найбільш часто використовуються наступні прийоми:
Проби можливості освіти різних форм умовних рефлексів (на висоту тону звуку, на колір і т.д.), що дозволяє судити про умови первинного сприйняття. Зіставлення цих кордонів у тварин різних видів дозволяє виявити: у якому напрямку йшла еволюція сенсорних систем ВНД.
Онтогенетическое вивчення умовних рефлексів. Складну поведінку тварин різних вікових груп при його вивченні дозволяє встановити, що в цьому поводженні є вродженим, а що набутим. Наприклад, Павлов брав цуценят одного посліду і вигодовували одних м'ясом, а інших молоком. По досягненню зрілого віку виробляв у них умовні рефлекси, і виявилося, що у тих собак, які з дитинства отримували молоко, умовні рефлекси вироблялися на молоко, а в тих собак, яких з дитинства годували м'ясом, умовні рефлекси легко вироблялися на м'ясо. Таким чином, суворого переваги увазі м'ясоїдної їжі у собак немає, головне, що б вона була повноцінною.
Філогенетичне вивчення умовних рефлексів. Порівнюючи властивості условнорефлекторной діяльності тварин різного рівня розвитку, можна судити: в якому напрямку йде еволюція ВНД. Наприклад, виявилося, що швидкість утворення умовних рефлексів різко від безхребетних і хребетних, порівняно дрібно змінюється протягом всієї історії розвитку хребетних і стрибком досягає здібностей людини відразу пов'язувати?, Що збіглися події (імпринтинг), імпринтинг також властивий виводкових птахів (вилупилися з яйця каченята можуть слідувати за будь-яким предметом: курка, людина і навіть за рухомою іграшкою. У переходах безхребетні тварини - хребетні тварини, хребетні тварини - людина відбилися переломні етапи еволюції, пов'язані з виникненням і розвитком ВНД (у комах нервова система неклеточного типу, у кишковопорожнинних - ретикулярного типу , у хребетних - трубчастого типу, у птахів з'являються бальні ганглії, деякі обумовлюють високий розвиток условнорефлекторной діяльності. У людини добре розвинена кора великих півкуль, що й обумовлює скачок.
Особливо важливо те, що БІОЕЛЕКТРОННІ показники дають можливість спостерігати формування умовного рефлексу в структурах мозку ще до того, як він з'явиться в рухових або вегетативних (вісцеральні) рефлексах організму. Пряме роздратування нервових структур мозку дозволяє ставити модельні досліди за освітою нервових зв'язків між штучними осередками порушення. Можна також прямо визначати, як змінюється при умовний рефлекс збудливість беруть участь у ньому нервових структур.
Фармакологічна дія при формуванні або переробці умовних рефлексів. Вводячи в мозок певні речовини можна визначити, який вплив вони мають на швидкість і міцність утворення умовних рефлексів, на здатність до переробки умовного рефлексу, що дозволяє судити про функціональну рухливості ЦНС, а також на функціональний стан нейронів кори і їх працездатність. Наприклад, було виявлено, що кофеїн забезпечує утворення умовних рефлексів при високій працездатності нервових клітин, а при низькій їх працездатності навіть невелика доза кофеїну робить збудження непосильним для нервових клітин.
Створення експериментальної патології умовно-рефлекторної діяльності. Наприклад, хірургічне видалення скроневих часток кори великих півкуль веде до псіческой глухоти. Методом екстирпації виявляється функціональна значимість ділянок кори, підкірки і стовбурових відділів мозку. Таким же чином визначають локалізацію кіркових кінців аналізаторів.
Моделювання процесів умовно-рефлекторної діяльності. Ще Павлов привертав математиків для того, щоб виразити формулою кількісну залежність утворення умовного рефлексу від частоти його підкріплення. Виявилося, що більшості здорових тварин, включаючи людину, умовний рефлекс вироблявся у здорових людей після 5 підкріплень безумовним подразником. Особливо це важливо в службовому собаківництві і в цирку.
Зіставлення психологічних та фізіологічних проявів умовного рефлексу. Підтримка довільної уваги, польоту, ефективність навчання.
Зіставлення психологічних та фізіологічних проявів з біоелементами і морфологічними з біокінетичного: вироблення білків пам'яті (S-100) або ділянок біологічно активних речовин у формуванні умовних рефлексів. Доведено, що якщо ввести вазопроессіі, то умовні рефлекси виробляються швидше (вазопрессіі - нейро-гормон, що виробляється в гіпоталамусі). Морфологічні зміни структури нейрона: голий нейрон при народженні та з денурітамі у дорослої людини.
Лабораторне заняття № 1
Тема: Методи екстирпації та підсаджування
Мета: Знайомство з методами екстирпації та підсаджування паращитовидних залоз. Моделювання гіпо-і гіпрепаратіреоза.
Обладнання: лабораторні тварини (5 щурів), електрокоагулятор, пінцет, ножиці, скальпель, йод, голки для зашивання шкіри, шовний матеріал, операційний столик, ефір для наркозу, воронка.
Хід роботи
Робота 1. Моделювання дефіциту паратиреоїдний гормонів у щурів.
Дефіцит паратгормоном створюється видаленням обох паращитовидних залоз за допомогою апарату еклетрохірургічесоко високочастотного ЕХ-30. Принцип роботи приладу полягає в наступному: за рахунок струму високої частоти відбувається швидке нагрівання тканин і випаровування вмісту клітин. Апарат працює в 2 режимах: «різання» і «коагуляція». Видалення залоз відбувається в режимі коагуляцією тонким електродом d приблизно дорівнює розмірам ОЩЖ. Для коагуляції залоз досить зіткнення протягом 1-1,5 с. У режимі різання залози можна екстіліровать. Переваги коагуляції в порівнянні з екстілаціей ОЩЖ полягає в тому, що виключається крововтрата і не пошкоджується тканину щитовидної залози. Післяопераційний період 2 тижні.
Робота 2. Моделювання надлишку паратиреоїдний гормонів у щурів.
Для моделювання гіперпаратиреозу використовували метод трансплантації ОЩЖ. Суть методу полягає в трансплантації щурам-реципієнтам під шкіру шиї 3-х пар ОЩЖ від 3-х щурів донорів. Щури-донори повинні бути приблизно однієї ваги з щуром-реципієнтом.
Донорам під ефірним наркозом роблять розріз шкіри в області передньої щільності шиї довжиною 2-3 см, отже тупим способом розсовують м'язи, роблю доступними ОЩЖ. У цьому стані щура-донора поміщають під воронку, продовжуючи давати ефірний наркоз. Тварина-реципієнта перед операцією фіксували на спинці на хірургічному столику, також як і у щурів-донорів виробляли розріз шкіри завдовжки 2-3 см в ділянці передньої щільності шиї. Потім? скальпелем робили в підшкірній клітковині 6 неглибоких надрізів, які служили свого роду осередками для трансплантуються ОЩЖ. Потім у 3-х щурів-донорів швидко відсікали ОЩЖ і поміщали їх у підготовлені розрізи у щура-реципієнта. Розріз шкіри репіціента зашивали хірургічним шовком і обробляли йодом. У наступні дні виробляли ревізію операційної рани. Повне загоєння рани спостерігалося через 7-8 днів. Трансплантаційні ОЩЖ добре приживаються. Дана модель збитку Параті. гормонів дозволяє забезпечити цілодобове збільшення його в крові за рахунок природного Параті. гормону.
Завдання для самостійної роботи.
Поспостерігати за станом оперованих тварин аж до повного загоєння рани і повторного взяття в експеримент.
Через 2 тижня визначити у оперованих тварин рівень загального кальцію, побічно свідчить про функціональну активність ОЩЖ і з-клітин щитовидної залози, а також рівня 11-ОКС, що змінюється як у відповідь на стрессорное хірургічного вплив, так і у відповідь на порушення функції ОЩЖ (точніше на порушення гомеостазу кальцію).
Лабораторне заняття № 2
Робота 1. Двостороння оваріоектомія.
Для вивчення електрогенов в адаптаційно-пристосувальної діяльності організму, самок щурів піддавали двосторонньої оваріектомії. Операція виконується відповідно до рекомендацій, викладеного в керівництві Бунока, 1968.
Тварин наркотизованих ефіром і фіксували на операційному столі в положенні на спині. Шерсть на черевці від грудини до лобкової області вистригали і шкіру обробили спиртом. Скальпелем, обережно, щоб не пошкодити кишечник робили поздовжній розріз завдовжки 4-5 см по вредней лінії живота. Знайшовши правий чи лівий ріг матки, досліджуючи далі по ньому по яйцепроводу, знаходимо яєчник. Наколюємо лігатуру на верхню частину яйцепровода і зв'язку, що підтримує яєчник, після чоло обрізали його ножицями. Аналогічно видалили і другий яєчник. Після цього м'язи і кінець ушивали і шов обробляли 5% йодною настойкою.
Після операції тварин поміщали в чисту клітку, протягом перших 4-5 днів проводили щоденну обробку рани дезінфікуючими засобами. Загоєння рани відбувалося за 8-10 днів.
Робота 1. Одностороння адреналектомія.
Для моделювання дефіциту ендогенних глюкокортикоїдів тварин піддає АЕ (адреналектомія).
Оперативне видалення одного наднирника виробляли по метотдіке, представленої в керівництві Кабак Я.М. Операцію проводили під ефірним наркозом. Крису фіксували на операційному столі в положенні на животі. Зліва від хребта вистригали шерсть і обробляли операційне поле йодом. Розріз шкіри і м'язи справляли на відстані 1 см. зліва від хребта, відступаючи на 1,5 см. донизу від реберної дуги. Далі невеликий м'язовий розріз розширювали гачками. Наднирник разом з навколишнім його жировою тканиною і сполучнотканинних тяжом захоплювали анатомічним пінцетом і видаляли. Операційну рану пошарово ушивали.
У післяопераційний період кожну рану щоденно обробляли антисептичними засобами. Загоєння відбувалося через 5-7 днів.
Висновок: Оварі-і адреналектомія одночасно привели до різкого зниження адаптивних можливостей тварин у зв'язку з порушеннями гормнального балансу (гіпофункція наднирників призвела до гіпокартіцізму і гіпоестрагеніі) і його загибелі на 9 добу після операції.
Лабораторне заняття № 3
Тема: Методи введення фармацевтичних препаратів лабораторним тваринам. Тестуючі методи.
Мета: Ознайомитись з методичними прийомами і способами введення фармацевтичних препаратів і різного роду пероральних та парентеральних навантажень лабораторним тваринам.
Обладнання: шприци для перорального, внутрішньом'язового і перентерального вступу, лікарські речовини або водного навантаження, 2 лійки з ковпаками, 2 пробірки для збору сечі (мирні), 2 пелюшки, розчин петуітріна (містить антидіуретичний гормон - вадопресін), фізіологічний розчин, дистильована вода.
Хід роботи
Робота 1. Вплив водної та гіперсоматіческой навантаження на діурез. Вплив антидіуретичного гормону на діурез.
Щурів зважити і записати масу тіла. Потім дати щурам водну навантаження методом перорального введення. Для цього щура підвісити в штатив «м'яко», запеленать, у шприц, з'єднаний з зондом, набрати теплу воду (37 о С) з розрахунку 5% від маси тіла. Тримаючи щура вертикально вводять зонд в рот, і обережно просувають його в шлунок до упору, після чого поступово видавлюють зі шприца воду. Потім одній щуру вводять петуітрін з розрахунку 20 мл на 100 г. маси тіла. Після цього обох щурів поміщають у воронки і протягом 1 години збирають сечу. Петуітрін вводиться внутрішньом'язово. З цією метою корцнгом беруть за шкіру голови і тримають однією рукою одночасно і корцанг, і хвіст щури, намагаючись, щоб щур стосувалася всіма 4 лапами поверхні столу і її розміри відповідали фізіологічним розмірами. Другою рукою проводиться ін'єкція в стегно (м'язи) при цьому задня лапка утримується разом з хвостом.
Висновок: Без петуітріна: 1,2 мл, з петуітріном 0,7 мл, тобто петуітрін сприяє затримці води в організмі.
Метод парентерального введення. Використовується, коли введені речовини повинні якомога швидше потрапити в загальний кровообіг, і в тому випадку, коли обсяг вводяться препаратів перевищує дози, допустимі для внутрішньом'язового введення. При парентеральному способі введення обсяг може сягати 5 см 3. Парентеральний переважно вводити масні розчини лікарських речовин.
При парентеральному способі введення тварина тримають вниз головою, не можна дозволяти тварині різко рухатися в зігнутому положенні. З цією метою тварина корцанг фіксують за голову, а руками за хвіст. За допомогою анатомічного пінцета або невеликого затиску Кохера відтягують стінку черевної порожнини, при цьому органи черевної порожнини опускаються вниз, потім роблю прокол черевної стінки, фіксую 2 проколи: 1 через шкіру, 2 через м'язову стінку очеревини. Після цього ліки вводитися в черевну порожнину. Свідченням правильного введення лікарського препарату в черевну порожнину є відсутність ускладнень в області черевної порожнини і активний стан тварини після ін'єкції за умови введення не наркотичних речовин. При одному проколі введення буде підшкірні.
Лабораторне заняття № 4
Тема: Методи біологічного тестування.
Мета: Ознайомитися з методами біологічного тестування функціональної активності гіпоталамо-гіпофізарно-надниркової системи.
Обладнання: гіпофіз щури-реципієнта, гіпоталамус щури-реципієнта, щур-донор, реактиви, необхідні для приготування екстракту гіпофіза і гіпоталамуса, корнцанг, затиск Кохера, шприц для внутрішньовенного введення, ножиці, гепарин, пробірки для збору крові, штатив, торсіонні ваги, водна лазня, термометр, ефір для наркозу.
Хід роботи
Робота 1. Визначення вмісту кортикотропіну в гіпофізі.
Перспективність методу полягає у визначенні приросту обсягу 11-ОКС в плазмі крові щурів-реципієнтів. Після введення їм тестованих екстрактів гіпофіза. Для визначення вмісту кортікотрпіна попередньо будується коливальна крива.
Техніка визначення: гіпофіз зважували на торзионная вагах і поміщали в бокс з безводним ацетоном на 10 діб. Потім гіпофіз зважували і ретельно розтирали в 100 МЛК крижаної оцтової кислоти. Паличку ополіскували такою ж кількістю оцтової кислоти. Після цього чашечку поміщали на водяну баню і випарювали при t 70 о С протягом 30 хвилин. Отриманий екстракт розводили в 2 мл бидистиллята і нейтралізувати 1 молярним NaHCO 3, потім розбавляли до потрібної маси розчином Кребса-Рінгера, що містить бікарбонат і глюкозу. При розведенні гіпофізарних екстрактів враховували, що однією щура-реципієнта треба ввести 100 мкг ацетонірованного порошку.
Біологічне тестування з метою визначення содерджанія кортикотропіну в гіпофізі бажано проводити на щурах самцях. У добу до досвіду щурам підшкірно вводили преднізаон з розрахунку 6 мг на 100 г маси тіла. Зазначена доза кортикостероїду за принципом зворотного зв'язку блокує гіпофізарно-надниркозалозну систему щурів-реципієнтів, припиняючи ендогенну секрецію кортикотропіну. Через добу у щурів визначається рівень 11-ОКС в плазмі крові. Необхідна кількість гіпофізарного екстракту вводили внутрішньовенно і через 1 год повторно визначали рівень 11-ОКС після введення щурам-реципієнтам тестованих екстрактів гіпофіза. Користуючись кривою «логарифм Доул-ефект» встановлювали зміст кортикотропіну в гіпофізі дослідної пацюки в мед / 100 мгм тканину.
Лабораторне заняття № 5
Тема: Біохімічні методи в фізіології.
Заняття 1. Визначення 11-ОКС в плазмі крові.
Мета: визначити зміну обсягу 11-ОКС в плазмі крові після впливу оперативного втручання фізіологічного експерименту.
Методика: 1. У тварини взяти 1-1,5 мл крові (із хвостової вени або стегнової вени);
2. Кров отцентріфугіровать протягом 10 хв при 2000 об / хв;
3. Відокремити плазму від формених елементів і перенести її в пробірку з притертою пробкою. Плазми повинно бути 1 мл або довести до цієї кількості бидистиллятом.
4. У пробірку додати 6 мл гексану, струшувати протягом 20 с. При цьому у плазми видаляється холестерин. Видалити відпрацьований гексан за допомогою водоструминного насоса.
5. Додати хлороформу 10 мл, струшувати протягом 1 хв. При цьому кортикостероїди розчиняються в хлороформі. Частину, що залишилася фракцію плазми видалити насосом.
6. Екстракт промити 0,1 М розчином NaOH, додаючи по 1 мл. Струшуємо 1 хв і видаляємо водоструминним насосом.
7. 1 мл води бідістілліруем, а далі струшуємо 1 хв і видаляємо водоструминним насосом.
8. Після відібрати 8 мл екстракту і перенести в чисту суху пробірку з притертою пробкою.
9. У екстракт додати 6 мл суміші абсолютного спирту (етилового) з H 2 SO 4, яка витримує пробу під Савамо. Співвідношення спирту і кислоти 1:3 (3 спирту і 1 кислоти). Струшують протягом 1 хв і залишають на холоді в теплому місці протягом години. При цьому в суміші кислоти зі спиртом розчиняються кортикостероїди. Після цього визначається обсяг 11-ОКС з допомогою спектрофотометра «Квант».
Обладнання: подвійний набір пробірок з притертою пробкою, штативи, центрифужні пробірки, водоструминні насос, 3 ппіпеткі по 1 мл, 2 піпетки на 10 мл, 1 піпетка на 6 мл.
Реактиви: бідистилят, гексан, 0,1 розчин NaOH, хророформ, 100% етиловий спирт, H 2 SO 4 по Савамо (100%).
Методи дослідження емоційного статусу у щурів
1. Тест відкритого поля
Латентний період виходу з центрального квадрата, число пересічених ліній, вертикальних стійок, обстежених отворів, вмивання, дефекації. За тривалістю латентного періоду виходу з центрального квадрата і числу пересічених ліній судили про рухової активності, за кількістю вертикальних стійок і обстежених отворів - про дослідницьку діяльність, число вмивання говорить про емоційний стан, а за кількістю дефекацій судили про тривожності.
2. Багатопараметричний метод визначення тривожно-фобического статусу щурів
Мета: оцінити комплексну характеристику індивідуального тривожно-фобического рівня тварини.
Методика: дослідження проводять у відкритому полі при електричному освітленні 3000 люкс у фіксований час.
Тест 1. Латентний період спуску з висоти. Даний тест використовується для оцінки інтенсивного оборонної поведінки у щурів. Щури поміщаються на пенал з непрозорого матеріалу розміром 20х14х14 см і зазначається час спуску з пенала, коли пацюк торкнеться всіма 4 лапами поля.
Тест 2. Латентний період проходження через отвір. Щур поміщається в прозорий пенал, розділений поперек на 2 відділення з отвором 7х10 см в перегородці. Дія вважається виконаним, коли пацюк перелазить в 2 відсік двома лапами. При наявності коливань при виконанні дії, заглядання в отвір або розпочатий, але не завершений перенесення оцінки на 0,5 балі.
Тест 3. Час виходу з будиночка. Тварина поміщається в будиночок з прозорого плексигласу 16х15х12 см і вихід на 15 хв закривається заслінкою. Звіт часу починається з моменту відкриття виходу. У тестах 1-3 пацюка зі експериментальної обстановки повертали не раніше, ніж через 20 хв після виконання відповідної дії або по закінченню часу тестування (180 с) у разі невиконання дії. Інтервали між тестами не менше 15 хв.
Тест 4. Вихід з центру відкритого поля. Цей тест дозволяє виявити реакції страху, пов'язані зі зниженням рухової активності. Тестування починали з приміщення пацюки в центр поля і з цього моменту фіксували час, за який тварина відвідувала 4 центральних квадрата.
По тестах 1-4 оцінки виставлялися у відповідності зі шкалою:
| № тесту | Час виконання, з | оцінки |
| 1 | 0 <t <30 30 <t <60 60 <t <180 не спускаючи за 180 | 0 1 2 3 |
| 2 | 0 <t <30 30 <t <60 60 <t <180 не вихід за 180 | 0 1 2 3 |
| 3 | 0 <t <15 15 <t <30 30 <t <180 понад | 0 1 2 3 |
| 4 | 0 <t <15 15 <t <30 30 <t <60 понад | 0 1 2 3 |
Тест 6. Тіння-2. Спроба експериментатора взяти тварину на руки. Оцінюється також.
Тест 7. Реакція вокалізації.
Тест 8. Реакція затаювання. Тварина завмирає в напруженій позі на випрямлених лапах або, притискаючись до підлоги, іноді з притиснутими вухами і закритими очима.
Тест 9. Притиснення вух.
Тести 6-9 здійснюють шляхом поступового наближення руки експериментатора з боку пики так, щоб щур бачила руку. Наближення руки до тварини здійснюється 2-3 рази підряд. Оцінка:
0 б. - Реакція відсутня
1 б. - Реакція при доторканні
2 б. - Реакція при наближенні руки
3б. - Реакція зберігається після видалення руки
При наявності спонтанних реакцій за тестами 7-9 за кожен додавали по 3 балам додатково. Далі вираховували сумарну оцінку за всіма тестами, за якою судили про загальний рівень тривожності (інтегральний показник тривожності ІПТ).
Висновок по глюкози: після побудови калібрувальної кривої (визначають яку по 10 стандартних розмірів) було отримано, що у експериментального тварини в крові містилося 42 ммом (л глюкоза).
Дослідження фізіологічних механізмів поведінки тварин - найбільш інтенсивно розвивається галузь знань, яка в нашій країні традиційно іменується фізіологією вищої нервової діяльності. Інтерес до цієї науки в останні десятиліття істотно зріс, насамперед у зв'язку з потребами технічного моделювання систем і процесів мозку, об'єднаних у поняття штучного інтелекту. Природно, що і сама наука про мозкових механізмах поведінки і психіки збагатилася кібернетичними ідеями, сформувалися нові напрями досліджень - біоніка, нейрокібернетика та ін
ДОСЛІДЖЕННЯ фізіологічних основ поведінки
Еволюція видів - це результат вдосконалення адаптації до мінливих умов навколишнього середовища. Вищі організми можуть існувати тільки у відносно вузькому діапазоні фізичних (температура, радіація, гравітація) і хімічних (запас метаболітів, електролітів і води, склад атмосфери) чинників, які визначаються генетично детермінованими морфологічними і метаболічними властивостями. Статичні форми адаптації доповнюються постійно змінюються динамічними пристосуваннями організму до навколишнього середовища. Це поведінка, в самому широкому сенсі слова, засноване на регулювання метаболічної активності в цілому та на контролі за специфічними виконавчими системами зокрема. М'язи і залози - це найважливіші виконавчі органи, які забезпечують майже всі форми поведінки вищих організмів. Організм оснащений різноманітними рецепторами, здатними сприймати властивості навколишнього середовища і трансформувати їх в значиму інформацію. Поведінка визначається навколишнім середовищем і опосередковується центральними механізмами, що оцінюють вхідну інформацію і формують найбільш адекватні реакції.
Основною метою поведінки є забезпечення виживання окремої особини або виду. Поведінкові акти можна довільно поділяти на аппетентние реакції, спрямовані на досягнення необхідних зовнішніх умов (наприклад, запасання або прийняття їжі, спарювання), і на реакції протилежного знаку, що включають втеча чи уникнення шкідливих факторів ( наприклад, температура, радіація, механічне пошкодження), фактори навколишнього середовища часто утворюють безперервність, певний діапазон якої тварина віддає перевагу, тоді як інший діапазон уникає. Тварина переміщається в багатовимірному градієнті факторів навколишнього середовища для оптимізації загальної суми сприймаються впливів (наприклад, коли доступ до їжі може бути отриманий тільки за несприятливих температурних діапазонах або при оптимальних або навіть шкідливих механічних впливах).
Така схема взаємовідносин між організмами та навколишнім середовищем дозволяє припустити існування гіпотетичних центральних станів (наприклад, драйви, мотивація), які запускаються і підтримують специфічні форми поведінки. Передбачається, що в організмі є модель оптимуму внутрішніх (і зовнішніх) станів і що будь-яка поведінка постійно оцінюється в залежності від зменшення або збільшення розбіжності між цією моделлю і реальним станом. Значущі умови навколишнього середовища, до яких організм прагне, - це залучають стимули, а ті, яких уникають) - це аверзівние стимули. Модифікація поведінки і контроль за ним (оперантное обумовлення) шляхом пред'явлення залучають стимулів або усунення аверзівних стимулів називаються, відповідно, позитивним чи негативним підкріпленням. Поєднання певної поведінки з аверзів-ними стимулами називається покаранням і призводить до придушення цієї поведінки.
Поряд з відповіддю на питання, чому тварина діє, настільки ж важливо зрозуміти, як воно діє. Рефлекторна теорія, запропонована Декартом у XVII ст., Справила вплив на мислення фізіологів і психологів і як і раніше залишається важливою відправною точкою сучасної нейрофізіології. Основний поведінковий репертуар жорстко закладений у певних нервових мережах, які пов'язують певну реакцію (безумовну реакцію - БР) з певним стимулом (безумовний стимул - БС). Ці вроджені (не набуті під час навчання) реакції доповнюються придбаними (умовними) реакціями на спочатку нейтральні стимули, які при повторюваних поєднаннях з БР стають умовними стимулами (УС), тобто сигналами просторового і / або тимчасового наближення БР (Павлов, 1927) .
Якщо вроджене поведінка відображає генетично закодовані реакції, придбані поколіннями в процесі природного відбору, то індивідуально придбане поведінка пов'язана з досвідом, записаним у пам'яті організму. Послідовність зовнішніх та / або внутрішніх подій, в яких бере участь тварина, може викликати більш-менш тривалі зміни в його нервовій системі, що лежать в основі відповідної реакції на раніше неефективні стимули. Відповідний процес, званий навчанням, веде до накопичення досвіду у формі слідів пам'яті (енграми), вилучення яких впливає на поведінку тварини. Навички, які більше не відповідають новим умовам, гасять, а навички, які тривалий час взагалі не використовувалися, можуть бути забуті.
Взаємодія між організмом і навколишнім середовищем може бути різним, чому відповідають певні форми поведінки. Якщо відповідь поведінка складається з реакцій, викликаних дискретними стимулами, наприклад больовими, їжею, то оперантное поведінка може бути стимульовано внутрішніми потребами і складатися у спонтанному вияві різних реакцій, які, в кінцевому рахунку, тягнуть за собою. Бажану зміну навколишнього середовища (наприклад, отримання доступу до їжі).
Такі форми придбаного поведінки підкреслюють відмінності між класичним і інструментальним обумовлюванням: у першому випадку УС, як правило, викликає таку ж реакцію, як і БС (слиновиділення, викликане акустичним УС про пред'явлення їжі). Наявність або відсутність умовного відповіді, виробленого за класичним типом, не впливає на ймовірність застосування БС. Інструментальні реакції зазвичай істотно відрізняються від відповідних безумовних реакцій, за допомогою інструментальних реакцій відкривається доступ до привертає стимулам або, навпаки, тварина уникає аверзівних стимулів (наприклад, натиснення на важіль, що підкріплюється подачею їжі, уникнення больових стимулів стрибком). Як правило, інструментальне обумовлення впливає на рухові реакції скелетних м'язів, тоді як класичне обумовлення обмежується вегетативними функціями, виконуваними вісцеральними м'язами і залозами. Проте в цьому правилі багато винятків.
У традиційній психології «стимул-реакція» (наприклад, як це пропонує Скіннер (Skinner, 1938)) поведінковий аналіз полягає у встановленні системи правил, що пов'язують умови входу (стимули) з станами виходу (реакції). Таким чином, не враховуються передбачувані в нервових центрах процеси або гіпотетичні механізми концептуального мозку. Хоча підхід, в якому використовується гіпотеза «чорного ящика», сприяв значному внеску в наше розуміння ролі навколишнього середовища в управлінні поведінкою, застосування його лише трохи розширило відомості про внутрішню структуру і функції цього «чорного ящика», тобто про мозок, як про перетворювачі чи опосередковується органі між входом і виходом. Останнє і є областю досліджень фахівців - фізіологів і психологів і сферою різних спеціальних дисциплін (нейрофізіології, фармакології, нейрохімії), які входять в комплекс нейронаук. У нейрофізіології досягнуті значні успіхи в області аналізу простих безумовних рефлексів спинного мозку. Розуміння рефлексу розтягання або згинання настільки деталізовано, що можна точно простежити поширення афферентного потоку імпульсів від дорзальних корінців у спинному мозку аж до утворення еферентної залпу у вентральних корінцях. Поняття умовного рефлексу (УР), введене Павловим, дозволяє застосувати той же аналітичний підхід до класичних умовним рефлексам. Однак навіть найпростіші УР поки не дають можливість виявити вирішальне пластичне ланка, відповідальне за переключення потоку УС на шлях БР. Настільки ж не ясні і нейронні механізми, що у оперантном обуславливания (інструментальних умовних рефлексах).
Основними методами дослідження нервових механізмів поведінки є видалення, стимуляція, електрична реєстрація та хімічний аналіз. Наприклад:
(A) Розташування нервових структур, що відповідають за певну поведінку, може бути встановлено шляхом максимального видалення ділянок мозку, при якому ця поведінка зберігається, та / або шляхом мінімального видалення, при якому воно зникає. Тієї ж мети може служити і функціональна блокада нервових центрів.
(Б) Нервовий субстрат реакції можна проаналізувати шляхом знаходження області та оптимальних параметрів електричної та хімічної її стимуляції, що викликають таку ж реакцію.
(B) Електрична активність, що супроводжує поведінковий акт, може відображати процеси, важливі для його реалізації. Електрофізіологічні методи можуть використовуватися для виявлення розповсюдження аферентних імпульсів в мозку, активності, що передує виникненню зовнішньої реакції, або для співвіднесення ймовірності та / або величини поведінкової та електричної реакції.
(Г) Активація і можлива модифікація нервових ланцюгів, викликана навчанням, може відображатися в локальних змінах метаболізму медіаторів, нуклеїнових кислот і білків.
Нейрофізіологічне дослідження спрямоване на врахування динаміки поведінки і просторово-часової організації активності головного мозку. Придбання нового досвіду, що веде до створення енграми (навчання), може здійснюватися за участю нервових мереж, відмінних від тих, які беруть участь у наступному відтворенні зафіксованого досвіду. Місце накопичення інформації може бути точкою конвергенції окремих механізмів запису і зчитування. Ефективність набуття досвіду і відтворення його залежить від таких факторів, як рівень неспання, мотивації та емоції. Усі ці змінні повинні враховуватися при поясненні змін поведінки, викликаних стимуляцією і руйнуванням, і поясненні співвідношення між поведінковими, електричними або біохімічними зрушеннями. Дуже важко відрізнити специфічні механізми, спільні для цілого класу реакцій (наприклад, аппетентние і аверзівние).
Загальний опис нервових структур, що беруть участь у різних формах поведінки, - необхідна умова для докладного дослідження клітинних і молекулярних змін, що лежать в основі пластичних перебудов нервових мереж. Наявні електрофізіологічні, нейрохимические та морфологічні мікрометодом повністю відповідають такій вимозі за умови їх застосування у відповідний час і в істотно важливих ланках. Створення відповідної поведінкової моделі, придатної для ефективного застосування мікрометодів, є передумовою подальших швидких успіхів. А поки дослідження концентруються на функціональній організації нервових мереж, що беруть участь у різних процесах, таких, як обробка сенсорних сигналів, мотивація, освіта слідів пам'яті, місцезнаходження енграми і т. д.
Планування експериментів
Для планування дослідів необхідно знати принципи і тактику дослідження, наукового підходу, які найкраще формуються при безпосередньому здійсненні дослідів. Дана книга - практичне керівництво до проведення дослідів. При цьому передбачається, що читач знайомий з основними принципами статистики. Вступні практичні поради щодо проведення дослідів з фізіології поведінки можна знайти у Сідовскі і Локарда (Sidowski and Lockard, 1966) і Вейнера (Wayner, 1971). Нижче наводиться короткий опис, мета якого зорієнтувати студентів на деякі складні проблеми, пов'язані з плануванням дослідів і їх проведенням.
Перевага лабораторного вивчення перед натуралістичним спостереженням полягає в тому, що дослідник може контролювати умови досвіду, тобто встановлювати точний контроль за так званими незалежними змінними, щоб виявити їх вплив на залежні змінні. Залежними змінними в фізіологічної психології можуть бути будь-які поведінкові або фізіологічні характеристики , тоді як незалежні змінні - це умови, які контролюються експериментатором і іноді нав'язуються організму. Під умовами розуміють пряме втручання (видалення відділів головного мозку, його стимуляція або застосування різних препаратів), зміна навколишнього середовища (температури і освітленості), зміна режиму підкріплення, складність завдань з навчання, тривалість харчової депривації або такі чинники, як вік, стать, генетична лінія і т. д.
Щоб звести до мінімуму неправильне тлумачення дослідів, пов'язане зі складністю відрізнити ефекти експериментальних втручань від впливів інших змінних, необхідно ввести контрольні процедури. Так, наприклад, при тестуванні ефективності певної процедури (незалежна змінна) використовується контрольна група. В ідеальному варіанті контрольну групу досліджують так само, як і експериментальну, виключаючи вплив досліджуваного фактора, заради якого і намічається сам експеримент. Одне і те ж тварину можна використовувати і в контролі, і в експерименті, якщо, наприклад, необхідно порівняти поведінку його до і після видалення відділів головного мозку. Інша звичайна контрольна процедура, мета якої полягає у зменшенні одночасного впливу змінних чинників, - це збалансоване застосування різних впливів на одному і тому самому тварину (наприклад, ін'єкції різних препаратів або різних доз одного і того ж препарату). Ще одним важливим моментом контролю є довільне розподіл тварин за різними групами. Це краще всього здійснювати за допомогою таблиці випадкових чисел, яка наводиться в багатьох книгах по статистики (простий вилов тварин з клітки для формування групи не є адекваним, так як самі слабкі або пасивні тварини будуть виловлені в першу чергу).
Через можливих помилок або варіабельності одержуваних результатів, викликаних неконтрольованими змінними, вимірювання зазвичай повторюють і виявляють середню або медіа величину. При повторних вимірах проводять множинні спостереження за тими ж тваринами або ж одне спостереження за багатьма тваринами, або ж і те й інше разом. Чим більше вірогідність помилок або коливань, пов'язаних з деякими невідомими або неконтрольованими змінними, тим більша ймовірність того, що повторні вимірювання будуть відрізнятися і, таким чином, варіабельність вимірювань щодо середньої величини буде вище. Статистичний аналіз звичайно використовується для оцінки ступеня достовірності побачити відмінностей між експериментальними і контрольними групами або умовами досвіду. Наприклад, різниця між двома середніми традиційно вважається значимим (тобто не випадковим), коли ймовірність того, що відмінність насправді є істинним, досягається не менше ніж у 95 випадках зі 100.
Науковий аналіз, що грунтується на натуралістичних спостереженнях або на лабораторних дослідах, спирається на вимірювання, за допомогою яких спостереженнями надається кількісний характер. Від так званого рівня вимірювання залежить, які арифметичні операції можуть бути застосовані до чисел, що, отже, і обумовлює використання відповідних статистичних методів. Дослідник повинен враховувати рівень вимірювань і передбачати природу статистичної обробки результатів вже при плануванні дослідів, так як ці міркування допоможуть вирішити питання про точність вимірювальних приладів і необхідній кількості дослідів.
Необхідно розрізняти чотири загальні рівня вимірювання або оцінки: номінальний, ординарний, інтервальний і співвідносний. Нижчою рівнем є номінальний, де такі символи, як букви або цифри, використовуються просто для класифікації об'єктів або явищ. У цьому випадку кількість вимірювань, які потрапляють в різні класи в умовах експерименту і контролю, порівнюються з використанням біноміальної статистики. Якщо можливо порядок спостереження так, щоб вони знаходилися в якихось відносинах один до іншого (наприклад, «більше ніж», «менше ніж »і т. д.), то будемо мати справу з ординарної шкалою. Якщо, крім того, можна виявити інтервали між числами на такий шкалою, то будемо мати справу з інтервального шкалою, яка має довільну нульову точку (як у випадку температурної шкали) . Якщо ж шкала має ще й справжню нульову точку на початку, як, наприклад, шкали висоти, маси, то буде досягнутий найвищий рівень виміру, тобто співвідносна шкала. Параметри, вимірювані за допомогою номікалькой або ординарної шкали, обробляються з застосуванням непараметричної статистики (наприклад, χ 2-ести (Connover, 1971; Siegel, 1956)), тоді як дані, що вимірюються за інтервальною і співвідносної шкалою, як правило, обробляються за допомогою параметричних статистичних методів (наприклад, t-тести) (якщо різні припущення про параметри популяції, з якої взято приклад , відповідають даним). Параметри популяції, що піддаються непараметрическим статистичними процедур, не обов'язково повинні відповідати певним умовам, наприклад нормальному розподілу. Тому ці процедури широко використовуються в дослідах по фізіологічній психології, де вимірювання, як правило, проводяться па ординарну рівні і обсяг вибірки часто є невеликим. У план проведення дослідів, описаних в цій книзі, включено зіставлення експериментальних і контрольних даних. Для таких даних, отриманих з незалежних подій, корисної непараметричної статистикою є U-гест Манна - Уітні. При використанні іншої схеми дослідів тварину служить контролем самого себе, як у випадку порівняння поведінки до і після введення препарату і при видаленні відділів головного мозку. Стандартної непараметричної оцінкою для таких даних, отриманих при наявності пов'язаних подій, є критерій для сполучених пар знакових рангів Вілкоксона (Siegel, 1956). Крім того, непараметричні методи використовуються для аналізу даних, отриманих в повторних текстах, за результатами яких і будують криві навчання й криві реактивності (Krauth, 1980).
У цій книзі як піддослідних тварин для більшої частини експериментів використовують щурів. Для докладного ознайомлення з загальними лабораторними процедурами, включаючи догляд за тваринами і поводження з ними, особливо з щурами, читачам рекомендуємо звернутися до робіт Бейкера із співробітниками (Baker et al., 1979), Ферріса (Harris, 1957), Гудмана і Гілмана ( Goodman and Oilman, 1975), Лейн-Петтера зі співробітниками (Lane-Petter et al., 1967), Леонарда (Leonard, 1968), Майерса (Myers, 1971 а), Мана (Munn, 1950) і Шорта і Вуднотта (Short
and Woodnott, 1969).
У поведінкових дослідженнях найчастіше використовують такі лінії щурів, як капюшон лінії Лонг-Еванса; білі лінії Спраг-Доул і Вістар. З метою отримання та співставлення результатів бажано застосовувати стандартні лінії. Однак ступінь універсальності результатів може залежати від використання декількох ліній (а також видів).
Для проведення дослідів на тваринах необхідно утримувати їх в чистоті, зручність та убезпечити від хвороб. Цього можна досягти, керуючись докладно розробленими стандартами розміщення, годування, гігієни, постопераційному догляду (див. наведені вище посилання) і знаючи звичайні захворювання тварин (Myers, 1971 a; Short and Woodnott, 1969).
Велика частина поведінкових дослідів викликає дискомфорт у тварин, незалежно від того, викликаний чи він харчової депріва-цією, використанням центральної чи периферичної аверс-ної стимуляції, введенням препаратів або просто підняттям тварини в повітря. Експериментатор повинен постійно пам'ятати про це і намагатися по можливості зменшити дискомфорт піддослідної тварини.
Нижче наводяться рекомендації для проведення дослідів на тваринах, які становлять один з розділів «Принципів використання тварин» у «Керівництві до дотацій і контрактами Національного інституту охорони здоров'я США» від 1978 р.:
«1. Досліди, в яких використовуються живі хребетні і тканини живих організмів для проведення досліджень, повинні виконуватися під контролем кваліфікованих вчених-біологів, фізіологів або медиків.
2. Розміщення, догляд та годування всіх експериментальних тварин повинні знаходитися під контролем кваліфікованого ветеринара або іншого вченого, компетентного в даних питаннях.
3. Дослідження за своїм характером має дати корисні результати на благо суспільства і не повинно бути випадковим і марним.
4. Експеримент повинен спиратися на знання досліджуваної хвороби або проблеми і плануватися так, щоб очікувані результати виправдовували його проведення.
5. Статистичний аналіз, математичні моделі або біологічні системи in vitro повинні використовуватися, якщо вони відповідно доповнюють результати дослідів на тваринах і дозволяють скоротити кількість використовуваних тварин.
6. Досліди повинні проводитися так, щоб не піддавати тварина непотрібним страждань і не завдавати йому шкоди.
7. Вчений, який відповідає за досвід, повинен бути готовий припинити його, якщо він / вона вважає, що продовження досвіду може викликати непотрібне каліцтво чи страждання тварин.
8. Якщо сам досвід викликає більше дискомфорту у тварини, ніж наркоз, то необхідно довести тварину (шляхом застосування наркозу) до стану, коли воно не сприймає біль, і підтримувати цей стан до тих пір, поки досвід або процедура не будуть завершені. Виняток становлять лише ті випадки, коли наркоз може зашкодити мети досвіду, а дані можна одержати ніяким іншим способом, окрім як проведенням подібних дослідів. Такі процедури повинні ретельно контролюватися керівництвом або іншим кваліфікованим старшим співробітником.
9. Постексперіментальний догляд за твариною має звести до мінімуму дискомфорт і наслідки травми, нанесеної твариною в результаті досвіду, відповідно до прийнятої практики ветеринарної медицини.
10. Якщо необхідно забити експериментальна тварина, то це роблять так, щоб досягти миттєвої загибелі. Жодна тварина не повинно бути знищено до тих пір, поки не настане його смерть ».
Майже у всіх випадках поведінкового і нейрологічного тестування, які описані у наступних розділах, необхідно брати тварин в руки. Тварина потрібно привчати до цієї процедури протягом декількох днів перед початком досвіду. Таке звернення передбачає діставання тваринного рукою з клітки, приміщення його на стіл, обережне погладжування і перенесення з одного місця на інше. З часом тварини перестають чинити опір таким процедурам, якщо їх здійснювати дбайливо.
Не тримайте тварину за хвіст і намагайтеся не прихопити шкіру і сильно не натискати на тварину. Краще брати тварина ззаду під лопатки, підбиваючи великий палець під одну передню кінцівку, а решта пальців - під другу кінцівку. Сила захоплення тварини має відповідати ступеню його опору. Якщо тварина тримати так, щоб його передні кінцівки перехрещувалися, то воно не зможе вкусити.
При частому взяття на руки лабораторні пацюки стають досить ручними і ними легко керувати. Для введення препаратів бажано використовувати помічника, при цьому другу руку експериментатор використовує для витягування задніх кінцівок тварини. При достатній практиці внутрішньоочеревинні ін'єкції можна проводити самостійно, шляхом захоплення задніх кінцівок щура і одночасного ін'ецірованія її іншою рукою.
Перед ін'єкцією корисно заспокоїти тварину; для цього потрібно захопити тварина так, як це описано вище, і потім повільно розгойдувати його вперед і назад по широкій дузі.
Звичайним методом маркування щурів є нанесення на вуха тварини прорізів або отворів, поки воно знаходиться під наркозом. Вуха тварини тонкі і не дуже кровоточать. Кращим є метод маркування тіла і хвоста яких-небудь біологічним барвником, наприклад жовтої пікринової кислотою або червоним карбофуксіном. Така бінарна система дозволяє здійснити індивідуальне кодування 63 щурів. (Якщо використовуєте кілька щурів, то кодуйте їх тільки парними числами, так як це зменшує кількість необхідних отворів або міток.)
АПАРАТУРА І МЕТОДИ ВИВЧЕННЯ Фізіологічні функції
Успіхи сучасної фізіології у вивченні функцій цілісного організму, його систем, органів, тканин і клітин багато в чому обумовлені широким впровадженням в практику фізіологічного експерименту електронної техніки, аналізують пристроїв та електронних обчислювальних машин, а також біохімічних і фармакологічних методів дослідження. В останні роки в фізіології якісні методи доповнюють кількісними, що дозволяє визначати досліджувані параметри різних функцій у відповідних одиницях виміру. Спільно з фізіологами в розробці нових методичних підходів беруть участь фізики, математики, інженери та інші фахівці.
Швидке вдосконалення електронної техніки відкрило нові шляхи для пізнання багатьох фізіологічних процесів, що раніше було принципово неможливо.
Створення різноманітних систем датчиків, перетворюють неелектричні процеси в електричні, вдосконалення вимірювальної та реєструючої апаратури дозволили розробити нові, високоточні методи об'єктивної реєстрації (наприклад, біотелеметрія) фізіологічних функцій, що значною мірою розширило можливості експерименту.
СХЕМА ЗВ'ЯЗКІВ МІЖ ПРИЛАДАМИ І ОБ'ЄКТАМИ ДОСЛІДЖЕННЯ
При дослідженні фізіологічних функцій з використанням різної апаратури в експерименті та клініці формують своєрідні системи. Їх можна розділити на дві групи: 1) системи для реєстрації різних проявів життєдіяльності та аналізу отриманих даних і 2) системи для впливу на організм або його структурно-функціональні одиниці.
Для того, щоб наочно уявити взаємодії окремих елементів системи, необхідно розглянути їх у вигляді блок-схем. Такі блок-схеми та їх символи зручно використовувати студентам для ілюстрації протоколів експериментів під час практичних занять. На нашу думку, подібна форма зображення хоча б частини умов експерименту значно скоротить його опис і буде сприяти розумінню схем пристроїв і приладів.
Блок-схеми, що відображають основні форми взаємодії між об'єктом дослідження і різними пристроями для реєстрації функцій.
Багато функцій організму можна дослідити без електронної апаратури і реєструвати процеси або безпосередньо, або після деяких перетворень. Прикладами можуть служити вимір ртутним термометром температури, реєстрація серцевих скорочень з допомогою пише важеля і кімограф, реєстрація дихання з використанням капсули Маре, плетизмографія із застосуванням водяного плетизмографа, визначення пульсу і т. д. Реальні схеми установок для плетизмографии, реєстрації моторики шлунка і запису дихання наведені на рис.
Блок-схема системи, що дозволяє реєструвати біоелектричні процеси в організмі, показана на рис. \, В. Вона складається з об'єкта дослідження, що відводять, підсилювача, реєстратора і блоку живлення. Реєструючі системи такого роду використовують для електрокардіографії, електроенцефалографії, електрогастрографії, електроміографії і ін
При дослідженні та реєстрації за допомогою електронної апаратури цілого ряду неелектричних процесів необхідно їх попередньо перетворити в електричні сигнали. Для цього використовують різні датчики. Одні датчики самі здатні генерувати електричні сигнали і не потребують живленні від джерела струму, іншим це харчування необхідно. Величина сигналів датчика зазвичай невелика, тому для реєстрації їх необхідно попередньо посилювати. Системи з використанням датчиків використовують для баллістокардіографи, плетизмографии, Сфігмографія, реєстрації рухової активності, кров'яного тиску, дихання, визначення газів у крові і видихуваному повітрі і т. д.
Якщо системи доповнити і узгодити з роботою радіопередавача, то стає можливим передавати і реєструвати фізіологічні функції на значній відстані від об'єкта дослідження. Цей метод отримав назву біотелеметріі. Розвиток біотелеметріі визначається впровадженням мікромініатюризації в радіотехніку. Вона дозволяє дослідити фізіологічні функції не тільки в лабораторних умовах, але і в умовах вільної поведінки, під час трудової та спортивної діяльності, незалежно від відстані між об'єктом дослідження і дослідником.
Системи, призначені для впливу на організм або його структурно-функціональні одиниці, надають різні впливи: пускові, стимулюючі і гальмують. Методи і варіанти впливу можуть бути найрізноманітнішими.
При дослідженні дистантних аналізаторів стимулюючий імпульс може сприйматися на відстані, в цих випадках стимулюючі електроди не потрібні. Так, наприклад, можна впливати світлом на зоровий аналізатор, звуком - на слуховий і різними запахами - на нюховий.
У фізіологічних експериментах в якості подразника часто використовують електричний струм, у зв'язку з чим широке поширення одержали електронні імпульсні стимулятори і стимулюючі електроди. Електричну стимуляцію застосовують для роздратування рецепторів, клітин, м'язів, нервових волокон, нервів, нервових центрів і т.д. При необхідності може бути застосована біотелеметріческая стимуляція (рис. 4, В). Причому впливу на організм можуть бути як локальними, так і загальними
Дослідження фізіологіческіхфункцій проводять не тільки в стані спокою, а й при разлічнихфізіческіх навантаженнях. Останні можуть створюватися або. виконанням певних вправ (присідання, біг і т. д.), або за допомогою різних пристроїв (велоергометр, бігова доріжка і ін), що дають можливість точно дозувати навантаження.
Реєструючі і стимулюючі системи часто використовують одночасно, що значно розширює можливості фізіологічних експериментів. Ці системи можна комбінувати в різних варіантах.
ЕЛЕКТРОДИ
У фізіологічних дослідженнях електроди є сполучною ланкою між об'єктом дослідження і приладами. Вони застосовуються для нанесення розрядження або реєстрації (відведення) біоелектричної активності клітин, тканин і органів, тому їх прийнято підрозділяти на стимулюючі. Один і той же електрод може бути використаний і як стимулюючий, і як відвідний, так як принципової різниці між ними немає.
Залежно від способу реєстрації або роздратування розрізняють біполярні і уніполярні електроди. При біполярному способі частіше використовують два однакових електрода, при уніполярной - електроди розрізняються і по функціональному призначенню, і по конструкції. У цьому випадку активний (діфферентние) електрод розташовують у зоні відведення біопотенціалів або на ділянці тканини, який потрібно стимулювати.
Активний електрод, як правило, має відносно невеликі розміри в порівнянні з іншим пасивним (індиферентним) електродом. Індиферентний електрод зазвичай фіксують на деякій відстані від активного. При цьому необхідно, щоб зона фіксації індиферентного електрода або не мала власного потенціалу (наприклад, вбитих ділянку тканини, рідка електропровідних середовище, що оточує об'єкт дослідження), або ця ділянка має бути обраний з більш низьким і відносно стабільним потенціалом (наприклад, мочка вуха). Індиферентні електроди часто представляють собою пластини зі срібла, олова, свинцю або іншого металу.
У залежності від розташування електроди діляться на поверхневі й заглибні. Поверхневі електроди фіксують або на поверхні об'єкта дослідження (наприклад, при реєстрації ЕКГ, ЕЕГ), або на відпрепарованих та оголених структурах (при стимуляції нерва, відведення викликаних потенціалів від поверхні кори головного мозку і т. п.).
Занурювальні електроди використовують для дослідження об'єктів, розташованих в глибині органів або тканин (наприклад, при стимуляції нейронів, розташованих в підкоркових структурах головного мозку, або відведення від них біоелектричної активності). Ці електроди мають особливу конструкцію, яка повинна забезпечити хороший контакт з об'єктом дослідження і надійну ізоляцію решті струмопровідної частини електрода від оточуючих тканин. Всі електроди незалежно від типу і способу їх використання не повинні мати шкідливого впливу на об'єкт дослідження.
Неприпустимо, щоб самі електроди ставали джерелом потенціалів. Отже, електроди не повинні мати поляризаційних потенціалів, які в ряді випадків можуть значно спотворювати результати досліджень. Величина поляризаційного потенціалу залежить від матеріалу, з якого виготовлений електрод, а також властивостей і параметрів електричного струму.
Меншу здатність до поляризації мають електроди з благородних металів: золота, срібла і платини. Поляризація практично не виникає, якщо через електроди тече змінний або імпульсний електричний струм зі змінною полярністю імпульсів. Можливість поляризації електрода збільшується при його взаємодії з постійним або імпульсним монофазні струмом. Імовірність поляризації тим більше, чим більше сила струму, що протікає через електрод, і тривалий час його дії. Вона пов'язана з електрохімічними процесами, що відбуваються між матеріалом електрода і навколишнього його електролітичної середовищем. У результаті цього електроди набувають певний заряд, протилежний за знаком стимулюючого або відводиться току, що призводить до неконтрольованого стану умов експерименту. Тому при впливі на об'єкт постійним струмом та при відведенні постійних або повільно змінюються потенціалів використовують неполярізующіеся електроди.
У електрофізичних експериментах найбільш часто використовують неполярізующіеся електроди наступних типів: срібло - хлористе срібло, платина - хлориста платина і цинк - сірчанокислий цинк.
Срібні електроди при зіткненні з тканинною рідиною, що містить хлориди, швидко вкриваються шаром хлористого срібла і після цього поляризуються з працею. Однак для точних експериментальних досліджень срібні електроди покривають шаром хлористого срібла до їх використання в експерименті. Для цього срібний електрод зачищають дрібним наждачним папером, ретельно знежирюють, промивають дистильованою водою і занурюють у посудину з 0,9% розчином NaCl або 0,1 н. НС1, в якому вже є вугільний електрод.
До срібному електроду підключають анод (+), а до вугільного-катод (-) будь-якого джерела постійного струму (батареї, акумулятора, випрямляча і т. п.) напругою 2 - 6 В. Через електроди пропускають струм щільністю від 0,1 до Ю А / м 2 до тих пір, поки електрод не покриється суцільним шаром хлористого срібла. Цю операцію рекомендується проводити в темряві. Готові хлоровані електроди зберігають у розчині Рінгера в темряві.
Неполярізующіеся платинові електроди можна виготовити наступним чином. Платинову дріт промивають дистильованою водою і опускають на кілька хвилин в концентровану сірчану кислоту, а потім ретельно промивають у дистильованій воді, після чого два платинових електрода опускають у посудину з розчином хлористої платини. Один електрод підключають до анода, інший - до катода джерела постійного струму з напругою в 2 В.
За допомогою перемикача через них пропускають струм то в одному, то в іншому напрямку (4-6 разів по 15 с). Електрод, який буде використаний в дослідженнях, в останню операцію за пропускання струму повинен бути з'єднаний з анодом джерела струму. Готовий електрод необхідно промити і зберігати в дистильованій воді.
Неполярізующіеся електроди типу цинк - сірчано-кислий цинк представляють собою скляні трубки, заповнені розчином сірчано-кислого цинку 2, у який поміщений амальгованих цинковий стрижень 3. Змішення цинку виходить шляхом його занурення на кілька хвилин спочатку в 10% розчин сірчаної кислоти, а потім - в ртуть. Нижній кінець скляної трубки закривають каоліном 4, замішаним на розчині Рінгера. Зовнішньої частини каолінового пробки надають форму, зручну для контакту з об'єктом. Іноді пробку роблять з гіпсу і вставляють в неї ватний гніт або м'яку волосяну пензлик 5. Іони цинку мають велику дифузійну здатність, тому ці електроди зберігаються не більше 1 сут.
Електроди для стимуляції і відведення застосовуються і в гострому, і в хронічному експериментах. В останньому випадку за кілька днів до експерименту їх імплантують (імплантують) у тканині об'єкта дослідження. Це - вживлені електроди.
ДАТЧИКИ
Датчики - це пристрої, що перетворюють різні фізичні величини в електричний сигнал. Розрізняють генераторні та параметричні датчики.
Генераторні датчики під тим чи іншим впливом самі генерують електричну напругу або струм. До них можна віднести наступні типи датчиків: п'єзоелектричні, термоелектричні, індукційні та фотоелектричні.
Параметричні датчики під дією вимірюваної функції змінюють який-небудь параметр електронної схеми і модулюють (за амплітудою або частоті) електричний сигнал цієї схеми. Основні типи параметричних датчиків наступні: омические, ємнісні та індуктивні.
Слід зазначити, що такий розподіл датчиків умовно, тому що на основі термоелектричного і фотоелектричного ефектів створені як генераторні, так і параметричні датчики. Наприклад, фотодіоди та термопари служать для створення генераторних датчиків, а фото-і терморезистори - параметричних.
Впровадження різних типів датчиків у фізіологічні та клінічні дослідження дозволяє отримувати об'єктивну інформацію про багатьох функціях організму, наприклад про скорочення м'язів, зміщення центру ваги тіла при перерозподілі крові, тиску крові, кровонаповнення судин, ступеня насичення крові киснем і вуглекислим газом, про тони і шуми серця , температурі тіла та багатьох інших.
П'єзоелектричні датчики. Створення цього типу датчиків засноване на п'єзоелектричному ефекті, який виражається в наступному: деякі кристалічні діелектрики (кварц, сегнетова сіль, титанат барію) під дією механічної деформації здатні поляризуватися і генерувати електричний струм. П'єзоелектричний датчик складається з кристала, на який шляхом напилення нанесені металеві контакти для відведення генерується датчиком електричного потенціалу. При деформації п'єзоелектричного датчика за допомогою механічної системи можна реєструвати різного роду зсуву, прискорення і вібрацію (наприклад, пульс), а п'єзоелектричні мікрофони можуть бути використані для реєстрації фоноелектрокардіограмми.
П'єзоелектричні датчики мають деяку ємність (100-2000 пф), тому вони можуть спотворювати сигнали з частотою нижче декількох герц. Вони практично безінерційні, що дозволяє їх використовувати для дослідження швидкоплинних процесів.
Термоелектричні датчики. Цей тип датчиків перетворює зміни температури в електричний струм (термопара) або змінює під впливом температури силу струму в електричному ланцюзі (терморезистори). Термоелектричні датчики широко використовують для вимірювання температур і визначення різних параметрів газового середовища - швидкості потоку, процентного вмісту газів і т. д.
Термопара складається з двох різнорідних провідників, з'єднаних один з одним. Для її виготовлення застосовують різні матеріали: платину, мідь, залізо, вольфрам, іридій, константи, хромель, копель і _др. У термопарі, що складається з міді і константану, при різниці температур її сполук в 100 ° С виникає електрорушійна сила, рівна приблизно 4 мВ.
Терморезистори - це напівпровідникові резистори, здатні зменшувати свій опір в міру підвищення температури. Існують резистори, опір яких з підвищенням температури збільшується, їх називають позисторами. Терморезистори випускають в найрізноманітнішому конструктивному оформленні. Терморезистори слід включати в ланцюзі вимірювального моста постійного струму. Їх широко використовують для створення електротермометрів.
Фотоелектричні датчики, або фотоелементи. Цей тип датчиків представляє собою пристрої, які змінюють свої параметри під дією світла. Розрізняють три типи фотоелементів: 1) із зовнішнім фотоефектом, 2) із замикаючим шаром (фотодіоди), 3) з внутрішнім фотоефектом (фоторезистори).
Фотоелементи з зовнішнім фотоефектом представляють собою вакуумні або наповнені газом балони. У балоні розташовані два електроди: катод, покритий шаром металу (цезій, сурма), здатного під дією світла випускати електрони (зовнішній фотоефект), і анод. Фотоелементи цього типу вимагають додаткового харчування для створення всередині елемента електричного поля; їх включають у мережу постійного струму. Під дією світла катод випромінює електрони, які спрямовуються до аноду. Виникає таким шляхом струм служить показником інтенсивності світлового потоку. Газонаповнені фотоелементи більш чутливі, так як фототеки в них посилюється за рахунок іонізації електронами наповнює газу. Однак у порівнянні з вакуумними фотоелементами вони більш інерційні.
Фотоелементи із замикаючим шаром використовують у низці медичних приладів (наприклад, в пульсотахометрах, оксигемометрия та ін.) Фотоелемент цього типу являє собою залізну або сталеву пластинку 1, на яку нанесено шар напівпровідника 2. Поверхня напівпровідникового шару покрита тонкою металевою плівкою 4. Одним з електродів є платівка, іншим - металева плівка на напівпровіднику 5. Для надійності контакту плівка по периметру ущільнена більш товстим шаром металу 3. При виготовленні фотодіода замикаючий шар формується або між напівпровідником і пластиною, або між напівпровідником і плівкою.
При висвітленні фотодіода кванти світла вибивають з напівпровідника електрони, які проходять через замикаючий шар і заряджають негативно один електрод; сам напівпровідник і інший електрод набувають позитивний заряд. Отже, фотодіод при його висвітленні стає генератором електричної енергії, величина якої залежить від інтенсивності світлового потоку. Фототека у фотодіодів можна значно збільшити, якщо до електродів фотодіода прикласти напругу від зовнішнього джерела постійного струму.
Фоторезистори мають властивість змінювати свій активний опір під впливом світлового потоку. Вони мають високу чутливість в широкому діапазоні випромінювання від інфрачервоного до рентгенівського. Їх чутливість залежить від величини напруги вимірювальної схеми. Фоторезистори включають у ланцюг вимірювального моста, який живиться від джерела постійного струму. Зміна опору фоторезистора під дією світла порушує балансування мосту, що призводить до зміни величини струму, поточного через вимірювальну діагональ моста.
Фотодіоди менш чутливі, ніж фоторезистори, але і менш інерційні. Зовнішній вигляд датчика з фотоелементом, використовуваного для пульсотахометріі.
Індукційні датчики. Цей тип датчиків застосовують для вимірювання швидкості лінійних та кутових переміщень, наприклад вібрації. Електрорушійна сила в індукційних датчиках виникає пропорційно швидкості переміщення провідника в магнітному полі перпендикулярно напрямку магнітних силових ліній або при переміщенні магнітного поля відносно провідника.
Омічні датчики. Ці датчики здатні змінювати свій опір при лінійних та кутових переміщеннях, а також при деформації і вібрації.
Існують різні типи омічних датчиків. У реостатних і потенііометріческіх омічних датчиках зміна їх опору досягається за рахунок переміщення рухомого контакту, який має механічний зв'язок з об'єктом преутвореного переміщення. Чутливість цих датчиків порівняно невелика і складає 3-5 В / мм. Точність перетворення може бути досить високою (до 0,5%) і залежить від стабільності напруги живлення, точності виготовлення опору датчика, його атурной стабільності та інших факторів. Ці датчики мають просту конструкцію, малі габарити і масу, можуть бути включені в ланцюг постійного і змінного струмів. Однак наявність рухомого контакту обмежує термін служби цих датчиків.
У дротових омічних датчиках (тензодатчиках) рухливий акт відсутній (рис. 8, Г). Під впливом зовнішніх сил ці датчики міняють свій опір за рахунок зміни довжини, перетину і питомого опору металевого дроту. Точність перетворення становить 1 - 2%. Тензодатчики мають малі габарити, масу инерциальности і зручні для дослідження малих переміщень.
Крім звичайних дротяних датчиків в останні роки знаходять широке застосування напівпровідникові датчики (наприклад, гедістори), у яких тензочувствітельності в 100 разів вище, ніж у дротяних.
Ємнісні датчики. Принцип дії цих датчиків заснований на тому що перетворені фізіологічні показники (тиск, зміна обсягу органу) впливають на певні параметри датчика (діелектричну проникність, площа обкладок, відстань між обкладками) і тим самим змінюють його ємність. Ці датчики мають високу чутливість і малоінерційних Використання диференціальних ємнісних датчиків дозволяє підвищувати їх чутливість і завадостійкість. Цей тип датчиків знайшов широке застосування в електрофізіологічної та діагностичної апаратури. Вони використовуються, наприклад, у вимірниках кров'яного тиску, Плетизмографа, Сфігмографія та інших приладах, які призначені для перетворення неелектричних величин, що відбивають фізіологічні функції, в пропорційні електричні величини. Реальна конструкція ємнісного датчика наведена на рис. 2, Г та 7, Г, а на рис. 81 показана схема установки для реєстрації моторики шлунка за допомогою ємнісного датчика.
Індуктивні датчики. Переважна дію цих датчиків засноване на властивості котушки індуктивності змінювати свій опір. Цього можна досягти при введенні в неї феромагнітного сердечника або при зміні величини зазору в магнітному осерді, на якому знаходиться котушка.
Для перетворення порівняно великих переміщень (більше 5-10мм) використовують індуктивні датчики з рухомим сердечником. Такий тип датчика використаний в деяких конструкціях баллістокардіографи. Для перетворення малих переміщень (менше 5мм) можуть використовуватися датчики із змінним зазором муздрамтеатру. Індуктивні датчики можуть бути виконані у вигляді трансформатора або диференціального трансформатора з двома зустрічними обмотками. В останньому випадку вихідний сигнал буде більш потужним. Індуктивні датчики високочутливі. Їх інерційність залежить від Динамічних властивостей рухомих елементів датчика.
ВИМІРЮВАЛЬНІ СХЕМИ
Будь-який тип датчика, що перетворює ту чи іншу функцію в електричний сигнал, повинен бути включений у вимірювальну ланцюг. Найбільш широке поширення одержали наступні вимірювальні схеми: мостова схема з харчуванням постійним або змінним струмом, диференційна схема, а також коливальний контур, в які включаються вимірювальні (реєструють) прилади. Чутливість диференціальних вимірювальних схем вище, ніж мостових.
Таким чином, електричні прилади, що застосовуються для вимірювання неелектричних величин різних функцій, складаються з датчика, вимірювальної схеми і вимірника, або реєстратора. Часто вихідний сигнал датчика, маючи малу величину, що не може бути зареєстрований вимірювальної схемою, тому в неї вводять підсилювачі постійного або змінного струму.
Перетворення неелектричних процесів в електричні представляє широкі можливості для їх реєстрації. Це пояснюється не тільки суто технічними перевагами, але і точністю вимірювання реєстрованих величин, зручністю зіставлення даних різних дослідів і можливістю їх обробки з допомогою обчислювальних машин. Важливо, що цей метод дозволяє в одних і тих же часових координатах вести синхронну запис електричних і неелектричних процесів, зіставляти їх, виявляти існуючі між ними причинно-наслідкові відносини і т. д., тобто дає нові можливості вивчення фізіологічних процесів.
ПІДСИЛЮВАЧІ
Електрична активність біологічних об'єктів і електричної параметри багатьох датчиків, перетворюють неелектричні процеси в електричні, характеризуються відносно малими величинами: сила струму - мілі-та мікроампера, напруга - мілі-мікровольт. Тому реєструвати їх без попереднього посилення надзвичайно важко або взагалі неможливо. Для посилення електричних сигналів малої величини використовують підсилювачі. Вони необхідні для багатьох вимірювальних схем і конструюються з використанням електронних ламп або напівпровідникових приладів.
Коротко розглянемо принцип роботи тріода і підсилювача, сконструйованого на основі цієї лампи. Якщо в ланцюг напруження тріода (А) включити джерело живлення, то катод нагрівається і випускає електрони, тобто виникає електронна емісія катода (Б). При додатковому включенні джерела постійного струму між анодом і катодом електрони, що випускаються розігрітим катодом, переміщуються до анода , що викликає появу струму певної сили (В). Силою цього струму можна керувати, прикладаючи напруга до сітки тріода. Якщо до сітки тріода прикладається позитивний потенціал, то потік електронів від катода до анода і струм, що проходить через лампу (анодний струм), збільшуються (Г), при негативному потенціалі на сітці потік електронів і струм зменшуються (Ц).
Щоб зафіксувати зміни струму, що проходить через тріод, і перетворити його в змінюється напруга, в анодний ланцюг включають опір R a (E), величина якого суттєво впливає на властивості підсилювального каскаду. Припустимо, що на вхід підсилювача подається змінна напруга V BX, рівне 1 В. Воно викликає зміна анодного струму на 0,001 А; причому опір анодному ланцюзі становить 10 кОм, тоді перепад напруги на цьому опорі буде дорівнює 10 В. При збільшенні одного опору до 100 кОм і інших рівних умовах перепад напруги складе 100В. Отже, в першому випадку вхідна напруга посилюється в 10, а в другому - в 100 разів, тобто коефіцієнт посилення відповідно буде дорівнює 10 і 100.
У тих випадках, коли один підсилювальний каскад не дає потрібного посилення, використовують підсилювачі з декількома каскадами. Зв'язок між каскадами в підсилювачах змінного струму здійснюється через розділові конденсатори C 1 і С 2, за допомогою яких змінна складова анодної напруги від попереднього каскаду передається на вхід наступного. У підсилювачах постійного струму розділових конденсаторів немає. Коефіцієнт посилення всього підсилювача залежить від коефіцієнта підсилення окремих каскадів, їх кількості та визначається добутком коефіцієнтів посилення всіх каскадів підсилювача.
Підсилювачі виконують роль проміжної ланки між об'єктом дослідження (а також електродами, датчиками) та реєстраторами, тобто являють собою канал зв'язку. Вони не повинні спотворювати характер досліджуваного процесу. Тому, перш ніж звертатися до технічних характеристик підсилювача, необхідно знати електричні властивості сигналу (биопотенциала) живого об'єкта або датчика, а також враховувати внутрішній опір джерела сигналу
Досить повну характеристику сигналу дає формула, опр що поділяє обсяг сигналу: V = TFH, де V - обсяг сигналу (биопотенциала), Т - його тривалість, F - ширина частотного спектру сигналу Н - перевищення амплітуди сигналу над шумом. Канал зв'язку також можна охарактеризувати трьома величинами: Т к - час, протягом якого канал виконує свої функції, F K - смуга частот, яку канал здатний пропустити, і Н к - смуга рівнів, що залежить від допустимих меж навантажень, тобто мінімальна чутливість і гранична амплітуда сигналу, що подається на вхід підсилювача Твір цих величин називають ємністю каналу: V K = Г до • F K • Я до
Передача сигналу по каналу зв'язку (через підсилювач) можлива лише в тому випадку, коли основні характеристики сигналу не виходять за відповідні кордони характеристик каналу зв'язку. Якщо ж параметри сигналу перевищують характеристики каналу зв'язку, то передача сигналу з цього каналу без втрати інформації неможлива.
Деякі впливу підсилювача на амплітудно-часові характеристики сигналу ілюструє рис. 12.
Верхній і нижній потенціали на кожному малюнку реєструвалися одночасно від одного електрода за допомогою двох однакових підсилювачів, у яких були задані різні постійні часу входу. Параметри викликаних потенціалів і характеристики підсилювачів представлені у вигляді таблиці, геометричні еквіваленти цих же потенціалів - на рис. 13.
Незважаючи на те, що в кожному кадрі реєструвався один і той же потенціал, амплітудно-часові характеристики отриманих записів помітно відрізняються один від одного, що визначається лише параметрами підсилювачів. Підсилювач, за допомогою якого реєструвалися нижні запису, мав параметри, які перевищують характеристики сигналу, тому викликані потенціали записані без спотворень. Підсилювач, за допомогою якого реєструвалися верхні запису, мав різні параметри, але у всіх випадках не перевищують характеристики сигналу, тому викликані потенціали спотворені (втрата інформації).
Значення внутрішнього опору джерела сигналу, що залежить не тільки від властивостей об'єкта дослідження, але і від властивостей вихідних кіл (наприклад, розмірів, форми і опору електродів, комутуючих проводів і Т. п.), можна показати на наступному прикладі. Якщо внутрішній опір джерела сигналу більше або дорівнює вхідному опору підсилювача, то сигнал взагалі не буде реєструватися або його амплітуда буде значно зменшена. Тому іноді виникає необхідність значно збільшити вхідний опір підсилювача. У цих випадках використовують підсилювачі з катодним повторювачем, а в транзисторних схемах - з емітерний повторювач, виконаним на польових транзисторах.
У фізіологічних лабораторіях найчастіше застосовують два типи підсилювачів: підсилювачі змінного струму та підсилювачі постійного струму.
Підсилювачі змінного струму. Підсилювачі цього типу складаються з декількох підсилювальних каскадів, з'єднаних між собою за допомогою розділових конденсаторів. Такі прилади використовують для посилення змінних складових сигналу завдяки їх здатності пропускати частоти від 0,1 Гц до 10-15 кГц. Вони, як правило, мають великий коефіцієнт підсилення і можуть посилювати вхідний сигнал у мільйони разів, що дозволяє чітко реєструвати сигнали з вихідною амплітудою в декілька мікровольт. Посилення і смуга пропускання частот зазвичай регулюються. В якості прикладів підсилювачів вітчизняного виробництва можна назвати УБП-1-03, УБФ-4-03. Ці пристрої застосовують для посилення біопотенціалів мозку і серця, а також сигналів, що генеруються різними датчиками; по вихідних характеристиках вони легко узгоджуються з більшістю вітчизняних реєстраторів.
Підсилювачі постійного струму. Ці підсилювачі не мають розділових конденсаторів. Між окремими каскадами у них існує гальванічна зв'язок, тому нижня межа пропускаються частот доходить до нуля. Отже, даний тип підсилювачів може посилювати як завгодно повільні коливання. У порівнянні з підсилювачами змінного струму ці підсилювачі мають значно менший коефіцієнт підсилення. Наприклад, УБП-1-0, 2 має коефіцієнт посилення по змінному струму 2,5-1 0 6, а по постійному - 8 · 10 3. jto пов'язано з тим, що у підсилювача постійного струму із збільшенням коефіцієнта підсилення зменшується стабільність роботи, з'являється дрейф нуля. Тому вони застосовуються для посилення сигналів, величина яких перевищує 1 мВ (наприклад, мембранний потенціал нейронів, м'язових і нервових волокон і т. п.).
Прилад, що реєструє (РЕЄСТРАТОРИ) ЗАГАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
Реєстратори необхідні для трансформації електричних потенціалів, які надходять до них від відводять або датчиків (частіше після необхідного посилення), в процеси, що сприймаються нашими органами чуття. Реєстратори можуть перетворювати і відображати досліджуваний процес або функцію в різних формах, наприклад, у відхиленні стрілки вимірювального приладу, цифрової індикації, відхилення променя на екрані осцилографа, графічної реєстрації на папері, фотографічної або магнітній стрічці, а також у вигляді світлових або звукових сигналів і пр .
У більшості типів реєстраторів основними елементами є: перетворювач енергії коливань електричних потенціалів в механічні (гальванометр, вібратор), інструмент запису (перо з чорнилом, струмінь чорнила, що пише стрижень, електронний промінь і ін) і механізм розгортки процесу в часі (стрічкопротяжний механізм, електронна розгортання). Крім того, сучасні реєстратори можуть містити ряд допоміжних блоків і систем, наприклад комутатори, підсилювачі, калібратори посилення і часу, оптичні системи для фотографування та ін
У медичній реєструючої апаратури найбільш широко використовуються три види перетворювачів, створюваних на основі трьох різних принципів трансформації енергії коливань електричних потенціалів.
1. Використання сили, що діє на провідник зі струмом або феромагнетик в магнітному полі. На основі цього принципу конструюють різні системи гальванометрів, вібраторів, які застосовуються в шлейфним і чорнильно-пишучих осцилографах (реєстраторах).
2. Використання відхилення потоку електронів (електронного променя) в електричному та електромагнітному полі. Цей принцип реалізують за допомогою електронно-променевих трубок, які є основною частиною електронних (катодних) осцилографів.
3. Використання властивості феромагнітних матеріалів намагнічуватися під впливом магнітного поля і зберігати цей стан. На цьому принципі конструюють різні типи магнітофонів і магнітограф.
Гальванометри і вібратори. Ці прилади мають однаковий принцип дії, але відрізняються по конструктивному виконанню, у зв'язку з чим значно різняться один від одного по чутливості, інерційності і здатності відтворювати сигнали різної частоти. Існують гальванометри і вібратори магнітоелектричної та електромагнітної системи.
У гальванометра (вібраторах) магнітоелектричної системи перетворення електричних сигналів в механічний ефект досягається за рахунок руху провідника (по якому тече електричний струм) в постійному магнітному полі. Провідник електричного струму може бути виконаний у вигляді тонкої струни, петлі або многовітковой рамки. Многовітковую рамку використовують для конструювання магнітоелектричних вібраторів.
У гальванометра (вібраторах) електромагнітної системи магнітне поле, в яке поміщається феромагнетик 8, створюється за рахунок постійного магніту 1 і спеціальної обмотки 4. Ця обмотка при проходженні через неї електричного струму створює електромагнітне поле, властивості якого визначаються напрямом силою струму, що проходить через обмотку. При взаємодії ці, полів створюється обертаючий момент, під впливом якого переміщається феромагнітний якір.
Використання різних систем, здатних відображати переміщення рухомих елементів гальванометрів (вібраторів), дозволяє конструювати різні типи реєстраторів, наприклад, струнний гальванометр, дзеркальний гальванометр, шлейфним осцилограф, реєстратори з безпосередньо видимої записом (чорнильно-пір'яний, струменевої, копіювальної, теплової, друкованої та ін .).
Струнний гальванометр. У цих приладах напрямок переміщення струни в сильному магнітному полі визначається напрямом прикладеної до неї струму, а величина переміщення визначається силою струму, що проходить через неї. Коливання струни за допомогою оптичної системи можна проектувати на екран, а для запису - на рухому фотографічну папір або плівку.
Струнні гальванометри порівняно малоінерційні; їх досконалі моделі здатні відтворювати сигнали з частотою до 1000 Гц. Їх чутливість залежить від величини магнітного поля і властивостей струни (пружності і діаметра). Чим тонше струна (2-5 мкм) і чим сильніше магнітне поле, тим вище чутливість струнного гальванометра. Багато струнні гальванометри мають таку чутливість, що можуть використовуватися без підсилювачів. Раніше їх застосовували для реєстрації електрокардіограми і мембранних потенціалів клітин.
Дзеркальний гальванометр. Якщо на петлі або многовітковой рамці зміцнити маленьке легке дзеркальце 6, то при пропущенні струму воно буде переміщатися разом з петлею або рамкою (напрямок руху на рис. 14 показано стрілкою). На дзеркальце за допомогою освітлювача направляється промінь світла, а відбитий промінь (зайчик) проектується на напівпрозорий екран, по шкалі якого судять про направлення і величиною відхилення відбитого променя. При цьому дзеркальні гальванометри можуть використовуватися як самостійні реєструючі прилади.
В даний час дзеркальні гальванометри застосовують в якості вихідних пристроїв в так званих шлейфним осцилографах.
Для реєстрації досліджуваного прогресу та спостереження за ним в шлейфним осцилографах використовується особлива оптична система. Від лампи освітлювача 1 промінь світла через лінзу 2 і діафрагму 3 за допомогою дзеркала 4 направляється на дзеркальце гальванометра 5 і лінзою 6 ділиться на два пучки. Один пучок світла лінзою 7 фокусується на поверхні рухомої фотопаперу (фотоплівки), яка простягається стрічкопротяжним механізмом 8. Другий пучок за допомогою циліндричної лінзи - призми 9 направляється на обертовий багатогранний дзеркальний барабан 10 і, відбиваючись від нього, падає на матовий екран 11. За рахунок обертання дзеркального барабана досліджуваний процес розгортається на екрані і служить для візуального спостереження.
Поєднання струнних і дзеркальних гальванометрів з оптичними системами дозволяє проводити реєстрацію досліджуваних процесів з застосуванням фотографічного методу або методу ультрафіолетової запису. Останній дозволяє отримувати видиму запис через кілька секунд після експозиції без прояву.
Реєстратори з безпосередньо видимої записом. У реєстраторах цього типу перетворювачами електричних сигналів є магнітоелектричні (рамкові) або електромагнітні вібратори, на рухливі елементи яких замість люстерка зміцнюють різні інструменти запису.
Чорнильно-пір'яні реєстратори. Цей тип пристроїв широко використовують при реєстрації фізіологічних функцій. У них перо 5 укріплено на рамці або феромагнітному якорі 2, які перебувають у полі магніту 1. Перо з'єднане еластичною трубкою 4 з резервуаром для чорнила 3. Досліджуваний процес записується на паперовій стрічці 6. Чорнильно-пір'яні реєстратори зручні в експлуатації та цілком придатні для вирішення багатьох завдань. Їх успішно використовують у електроенцефалограф, електрокардіографа, електрогастрографія та інших приладах. Однак чорнильно-пір'яні реєстратори мають ряд істотних недоліків. Вони інерційні і не дозволяють реєструвати електричні коливання з частотою, що перевищує 150 Гц. У зв'язку з цим вони непридатні, наприклад, для реєстрації швидкоплинних процесів, таких як біоструми нервів і нервових клітин і т. п. Крім того, чорнильно-пір'яна реєстрація (без спеціальної корекції) вносить у досліджуваний процес радіальні спотворення, обумовлені дугоподібним рухом пера на папері.
Струменевий метод реєстрації. Цей метод заснований на пропущенні через капіляр (діаметром 5-8 мкм), укріплений на вібраторі, струменя чорнила під тиском 20 кг / см 2: чорнило, потрапляючи на рухому паперову стрічку, залишають слід у вигляді кривої досліджуваного процесу.
Струменевий метод реєстрації високочутливий і малоінерційні. Він дозволяє суміщати зручність видимої запису з можливістю реєстрації електричних сигналів у широкому частотному діапазоні (від 0 до 1500 Гц). Однак ці реєстратори вимагають застосування особливих чорнила, що володіють досить високою якістю (однорідність складу).
У всіх реєстраторів з безпосередньо видимої записом швидкість руху носія запису (паперу) визначається механічною розгорткою і не перевищує 200 мм / с, у той час як для розгортання бистропротекающих процесів потрібні великі швидкості запису, що досягається за допомогою електронної розгортки в катодних осцилографах.
Електронні (катодні) осцилографи. Це - універсальні реєструючі прилади. Вони практично безінерційні і за рахунок наявності підсилювачів мають високу чутливість. Ці прилади дозволяють дослідити і реєструвати як повільні, так і швидкі коливання електричних потенціалів з амплітудою до 1 мкВ і менше. Вихідним реєструючим пристроєм катодного осцилографа є електронно-променева трубка з електростатичним або електромагнітним відхиленням електронного променя.
Принцип дії електронно-променевої трубки полягає у взаємодії потоку електронів, що випускається катодом і сфокусованого системою електронних лінз, з електростатичним або електромагнітним полем відхиляють електродів.
Електронно-променева трубка складається з скляного балона, всередині якого у високому вакуумі знаходяться джерело електронів і системи електродів (направляючі, фокусують і відхиляють), вони керували електронним променем.
Джерелом електронів є катод 2, що підігрівається ниткою розжарення 1. Негативно заряджені електрони через керуючу сітку 3 притягуються системою позитивно заряджених анодів 4, 5 і 6. При цьому з електронів формується електронний промінь, який проходить між вертикальними 7 і горизонтальними 8 відхиляють пластинами і спрямовується на екран 9, покритий люмінофором (речовиною, що володіє здатністю світитися при взаємодії з електронами). Керуюча сітка 3 має по відношенню до катода негативний потенціал, величина якого регулюється потенціометром 10. При зміні (за допомогою потенціометра) потенціалу сітки змінюється щільність потоку електронів в електронному промені, а отже, яскравість світіння променя на екрані. Фокусування електронного променя здійснюється потенціометром 10, тобто за рахунок зміни позитивного потенціалу на другому аноді 5.
Горизонтальні та вертикальні пластини, що відхиляють керують рухом електричного променя відповідно у горизонтальній і вертикальній площинах, для чого на них подаються потенціали з підсилювачів горизонтального (б, х 1 і х 2) і вертикального (а, у 1 і у 2) відхилення променя. Якщо на горизонтальні відхиляють подавати пилкоподібну напруга, то промінь осцилографа буде переміщатися в горизонтальній площині зліва направо. Змінюючи режим роботи генератора пилкоподібної напруги, можна регулювати швидкість розгортки, тобто швидкість проходження променя по екрану осцилографа. Це необхідно тому, що досліджувані процеси (сигнали) мають різні частотно-часові параметри.
Досліджуваний процес (сигнал) зазвичай подається на вертикальні відхиляють, які переміщують промінь вгору або вниз, в залежності від знаку і величини прикладеного до них напруги. Таким чином, потенціали, прикладені до пластин, керують переміщенням променя по горизонтальній (х) і вертикальної (у) осях, тобто розгортають досліджуваний процес.
Реєстрацію досліджуваних процесів з екрану катодного осцилографа здійснюють фотографічним способом із застосуванням світлових фотоапаратів або спеціальних фотокамер.
Магнітограф. Реєстрація електричних процесів на феромагнітну стрічку зручна тим, що записана таким чином інформація може тривало зберігатися і багаторазово відтворюватися. За допомогою різних реєстраторів її можна переводити у видиму запис з різним масштабом розгортки. Цю інформацію можна обробляти після закінчення експерименту за допомогою різних автоматичних пристроїв і електронно-обчислювальних машин. Магнітограф дозволяють записувати і протокол експерименту.
ЕЛЕКТРОННО-ОБЧИСЛЮВАЛЬНІ МАШИНИ
У сучасних умовах ЕОМ є невід'ємною частиною науково-дослідних лабораторій, так як електронно-обчислювальні машини значно підвищують ефективність праці дослідників Введення даних про досліджуваному процесі можна робити різними способами: ручним (коли попередньо розраховані амплітудно-часові параметри, наприклад, електрокардіограми вводять з клавіатури ЕОМ ) або з проміжного носія інформації (наприклад, з перфокарти або перфострічки, на яких закодована інформація).
Однак найбільш зручно і економічно вводити інформацію в ЕОМ за допомогою спеціального пристрою - амплітудно-цифрового перетворювача (АЦП). Амплітудно-цифровий перетворювач трансформує амплітудно-часові параметри досліджуваного процесу (наприклад, амплітуду і тривалість різних компонентів ЕКГ) в цифровий код, який сприймається, аналізується і обробляється процесором ЕОМ. Математично оброблена (за заданими програмами) в ЕОМ інформація може бути представлена в різних формах: у вигляді таблиці, видрукуваної на ціфропечатаюшем пристрої; у вигляді графіка, побудованого графопостроителем; у вигляді зображення на екрані дисплея або в іншій формі. При цьому дослідник звільняється від рутинної роботи не тільки з вимірювання, обрахунку, математичного аналізу результатів, але і від необхідності складати таблиці та будувати графіки.
ПРИЛАДИ СПЕЦІАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
Прилади спеціального призначення зазвичай призначені для реєстрації будь-якої однієї функції або процесу, наприклад електрокардіограми, електроенцефалограми, електрогастрограмми та ін Така спеціалізована апаратура, як правило, компактна, проста в експлуатації і зручна для проведення клінічних досліджень. До її складу входять різні блоки (системи) загального призначення, тому знання принципового пристрою окремих блоків дозволяє легко розібратися в роботі приладів спеціального призначення. Загальна структура приладу спеціального призначення включає електроди або датчик, комутатор, підсилювач, реєстратор та блок живлення. Більш детальне знайомство з кожним приладом здійснюється за допомогою інструкції з експлуатації, що додається до приладу.
Електростимулятори. Для електричної стимуляції біологічних об'єктів аж до середини поточного сторіччя застосовували індукційні котушки, які в даний час повністю замінено електростимуляторами. Електростимулятор - один з найпоширеніших і необхідних приладів. Він забезпечує оптимальні умови роздратування тканин (з найменшим їх травмуванням при тривалій стимуляції) і зручний в роботі.
Для дослідницьких цілей доцільно використовувати стимулятор, який в залежності від умов експерименту може служити або генератором струму, або генератором напруги. Внутрішній опір вихідного пристрою такого стимулятора можна змінювати відповідно до цілей експерименту. Воно має бути або в 30-40 разів більше опору об'єкта дослідження (при роботі в режимі «генератор струму»), або в стільки ж разів менше (в режимі «генератор напруги»). Однак подібні універсальні стимулятори складні і громіздкі, тому в умовах фізіологічного практикуму краще застосовувати більш прості прилади.
Стимулятор складається з декількох блоків (каскадів), принципове призначення яких не залежить від типу стимулятора. Розглянемо призначення окремих каскадів стимулятора і пов'язаних з ними органон управління на прикладі стимулятора імпульсного фізіологічного СІФ-5.
Генератор частоти проходження імпульсів (генератор, що задає) часто конструюють за схемою мультивібратора, він може працювати у режим і безперервному режимах. При роботі в режимі очікування ставить генератор може генерувати імпульси або при натисканні кнопки «Пуск» 9, або при подачі на вхід мультивібратора запускають сигналів від іншого джерела імпульсів. У першому випадку генерується тільки один імпульс, у другому - частота імпульсів буде відповідати частоті запускають сигналів. При безперервному режимі роботи 8 ставить генератор стимулятора генерує імпульси безперервно, їх частоту / можна змінювати від часток герца до декількох сотень герц.
Імпульси від задає генератора подаються на наступний каскад стимулятора - каскад затримки, а також можуть бути використані для запуску розгортки осцилографа (імпульс синхронізації 10), У каскаді затримки 2 імпульс генератора, що задає може затриматися на час 1 - 1000 мс. Каскад затримки дозволяє (наприклад, при дослідженні викликаних потенціалів) незалежно від швидкості розгортки осцилографа встановити потенціал на екрані осцилографа в зручному для реєстрації місці.
Імпульси від каскаду затримки можуть бути використані для запуску інших стимуляторів, якщо в експерименті застосовують декілька стимуляторів та їх роботу потрібно синхронізувати. Крім того, від каскаду затримки подаються імпульси на вхід каскаду формування вихідних сигналів. В цьому каскаді формуються імпульси прямокутної (або іншої) форми з певною тривалістю 3, потім вони передаються на підсилювач потужності, який дозволяє регулювати їх амплітуду 4.
З виходу стимулятора 5 допомогою сполучних проводів і стимулюючих електродів імпульси необхідної форми, тривалості і амплітуди передаються на об'єкт дослідження. Полярність вихідних імпульсів 6 можна змінювати. Для зменшення артефакту роздратування деякі типи стимуляторів мають ізолюючі трансформатори 7, інші - високочастотні вихідні пристрої.
Як для навчальних, так і для дослідницьких цілей використовують стимулятори та інших типів, наприклад, НСЕ-01, ЕСТ-10А, ІС-01 і ін
Крім імпульсних стимуляторів у фізіологічних експериментах використовують фото-і фоностімулятори. Їх пристрій багато в чому принципово схоже з пристроєм імпульсного стимулятора. Відмінність полягає в основному в структурі вихідного блоку, формує світлові сигнали в фотостімуляторе або звукові - в фоностімуляторе.
Ергометри. Для створення функціонального навантаження на окремі органи, системи та організм в цілому широко застосовують ергометри різних типів. Вони дозволяють створювати або локальну, або загальну функціональне навантаження, дозувати і визначати її величину. Найбільш поширеними приладами цього типу є пальцевий ергограф, велоергометрі і бігова доріжка. Існують біжать доріжки (третбани) і для тварин.
Камери. Камери різного призначення широко використовують при створенні певних умов для об'єкта дослідження. Існують сурдокамеру, термокамери, барокамери з підвищеним і зниженим тиском, камери з променевими і звуковими установками і т. д. В даний час сконструйовані камери, які дозволяють створити штучний мікроклімат і вивчати реакції об'єкта дослідження на різноманітні впливи.
ОСНОВНІ ПРАВИЛА ЕКСПЛУАТАЦІЇ ЕЛЕКТРОННОЇ АПАРАТУРИ
Крім загальних правил поводження з апаратурою, необхідно в кожному окремому випадку спочатку ознайомитися з правилами експлуатації незнайомого приладу і лише потім приступати до роботи з ним. Це набуває особливого значення в умовах клініки, оскільки деякі прилади при невмілому поводженні становлять небезпеку для пацієнта (прилад для дослідження збудливості нервів і м'язів - електроімпульс-тор і ряд інших). Основні правила полягають у наступному.
До включення приладу в мережу необхідно: 1) переконатися, що напруга мережі відповідає напрузі, на яке розрахований прилад або на яке переключено в даний момент його силовий трансформатор, 2) заземлити прилад, тобто поєднати клему (або гніздо «земля») з шиною контуру заземлення або водопровідною мережею (у жодному разі не можна заземлювати прилади на елементи проводки газу); 3) перевірити всі дроти струму мережі (справність ізоляції і наявність качан), категорично забороняється включати в розетки харчування оголені кінці проводів; 4) перевірити дроти , призначені для комутації приладів і складання робочої схеми (вони не повинні мати позбавлених ізоляції місць), 5) перевірити у всіх приладів тумблери та інші перемикачі мережі - вони повинні перебувати в положенні «викл.».
Включення приладів у мережу повинно проводитися перемикачами, розташованими на приладах.
Після включення приладів слід: 1) перевірити по світлових індикаторів, чи всі прилади отримали харчування (якщо індикатор не горить, необхідно звернутися до викладача і спільно установити причину несправності; найчастіше це буває пов'язано з перегоранням запобіжника приладу або лампочки світлового індикатора), 2) пам'ятати, що лампові електронні прилади починають стабільно працювати тільки після попереднього прогріву протягом 15-30 хв; для більшості транзисторних приладів цей термін складає до 2-5 хв.
Робота 1
Тема: «Тестуючі навантаження у фізіологічному експерименті»
Мета: вивчити найбільш відомі методи тестування і комбіновані моделі, і тести, що використовуються для дослідження фізичної витривалості у лабораторних тварин, емоційної стійкості та тривожності.
Питання для самопідготовки
1. Умови та порядок проведення оцінки субмаксимальної працездатності (тест RWC 170).
2. Тестування фізичної витривалості у лабораторних тварин (біг на тредбане, плавання). Значення.
3. Тест «Відкрите поле». Його опис і значення.
4. Сутність багатопараметричного тесту, його опис.
Література
1. Батуев А.С. Вища нервова діяльність. М., 1991 р.
2. Великий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. Б.А. Кудряшова - М.: Вища школа, 1984 р.
3. Гумінський А.А., Леонтьєва М.М., Маринова К.В. Керівництво до лабораторних занять з загальної фізіології. - М.: Просвещение, 1990 р.
4. Малий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. А.С. Батуева - СПб.: Вид-во СПбГУ, 2001 р.
5. Методики і основні експерименти з вивчення мозку і поведінки. Я. Буреш, О. Бурешіва, Д. Х'юстон / Переклад з англ. - М.: Вища школа, 1991 р.
6. Методи досліджень в психофізіології. / Под ред. А.С. Батуева - СПб, 1994 р.
7. Методи клінічної нейрофізіології. / Под ред. В.Б. Гречина - Л., 1977 р.
8. Загальний курс фізіології людини і тварин. У 2 Т. / Под ред. А.Д. Ноздрачова - М., 1991 р.
9. Практикум з нормальної фізіології. / Под ред. Н.А. Агаджаняна - М.: Изд-во РУДН, 1996 р.
Робота 2
Тема: «Апаратура і методи вивчення електрофізіологічних функцій»
Мета: ознайомитися з умовами та тенденціями виникнення і розвитку електрофізіології, внесенню сфери практичного використання апаратури. Вивчення електрофізіологічних методів.
Питання для самопідготовки
1. Предмет і завдання електрофізіології.
2. Виникнення і перші кроки електрофізіології.
3. Області практичного використання електрофізіології.
4. Схеми зв'язків між приладами і об'єктами дослідження.
5. Електронна апаратура і правила експлуатації електронної апаратури.
6. Електрофізіологічні методи (позаклітинне і внутрішньоклітинне відведення та реєстрація біопотенціалів, метод викликаних потенціалів, електроенцефалографія, електрокарунографія.
Література
1. Батуев А.С. Вища нервова діяльність. М., 1991 р.
2. Великий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. Б.А. Кудряшова - М.: Вища школа, 1984 р.
3. Гумінський А.А., Леонтьєва М.М., Маринова К.В. Керівництво до лабораторних занять з загальної фізіології. - М.: Просвещение, 1990 р.
4. Малий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. А.С. Батуева - СПб.: Вид-во СПбГУ, 2001 р.
5. Методики і основні експерименти з вивчення мозку і поведінки. Я. Буреш, О. Бурешіва, Д. Х'юстон / Переклад з англ. - М.: Вища школа, 1991 р.
6. Методи досліджень в психофізіології. / Под ред. А.С. Батуева - СПб, 1994 р.
7. Методи клінічної нейрофізіології. / Под ред. В.Б. Гречина - Л., 1977 р.
8. Загальний курс фізіології людини і тварин. У 2 Т. / Под ред. А.Д. Ноздрачова - М., 1991 р.
9. Практикум з нормальної фізіології. / Под ред. Н.А. Агаджаняна - М.: Изд-во РУДН, 1996 р.
Робота 3
Тема: «Методичні прийоми, використовувані при проведенні хронічного експерименту»
Мета: вивчити основні теоретичні питання, пов'язані з практикуються операційними прийомами в експериментальній фізіології.
Питання для самопідготовки
1. Умови проведення.
2. Накладення фістул. Техніка накладення різних видів швів.
3. Гетерогенні нервові, нервово-м'язові, нервово-судинні і нервово-залізисті анастомози.
4. Перфузія тканин і органів.
5. Канюлірованіе.
6. Введення мічених атомів і біологічних субстратів.
7. Позитронно-емісійна томографія.
Література
1. Батуев А.С. Вища нервова діяльність. М., 1991 р.
2. Великий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. Б.А. Кудряшова - М.: Вища школа, 1984 р.
3. Гумінський А.А., Леонтьєва М.М., Маринова К.В. Керівництво до лабораторних занять з загальної фізіології. - М.: Просвещение, 1990 р.
4. Малий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. А.С. Батуева - СПб.: Вид-во СПбГУ, 2001 р.
5. Методики і основні експерименти з вивчення мозку і поведінки. Я. Буреш, О. Бурешіва, Д. Х'юстон / Переклад з англ. - М.: Вища школа, 1991 р.
6. Методи досліджень в психофізіології. / Под ред. А.С. Батуева - СПб, 1994 р.
7. Методи клінічної нейрофізіології. / Под ред. В.Б. Гречина - Л., 1977 р.
8. Загальний курс фізіології людини і тварин. У 2 Т. / Под ред. А.Д. Ноздрачова - М., 1991 р.
9. Практикум з нормальної фізіології. / Под ред. Н.А. Агаджаняна - М.: Изд-во РУДН, 1996 р.
Робота 4
Тема: «Електрофізіологічні методи»
Питання для самопідготовки
1. Історія вивчення біоелектричних явищ.
2. Електричні генератори струму і напруги.
3. Електроди і підсилювачі.
4. Реєструючі прилади.
5. Мікроелектродна техніка та виготовлення мікроелектродів.
6. Фізіологічна універсальна комплексна установка.
7. Стереотаксична техніка. Стереотаксичні атласи.
Література
1. Батуев А.С. Вища нервова діяльність. М., 1991 р.
2. Великий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. Б.А. Кудряшова - М.: Вища школа, 1984 р.
3. Гумінський А.А., Леонтьєва М.М., Маринова К.В. Керівництво до лабораторних занять з загальної фізіології. - М.: Просвещение, 1990 р.
4. Малий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. А.С. Батуева - СПб.: Вид-во СПбГУ, 2001 р.
5. Методики і основні експерименти з вивчення мозку і поведінки. Я. Буреш, О. Бурешіва, Д. Х'юстон / Переклад з англ. - М.: Вища школа, 1991 р.
6. Методи досліджень в психофізіології. / Под ред. А.С. Батуева - СПб, 1994 р.
7. Методи клінічної нейрофізіології. / Под ред. В.Б. Гречина - Л., 1977 р.
8. Загальний курс фізіології людини і тварин. У 2 Т. / Под ред. А.Д. Ноздрачова - М., 1991 р.
9. Практикум з нормальної фізіології. / Под ред. Н.А. Агаджаняна - М.: Изд-во РУДН, 1996 р.
Робота 5
Тема: «Біохімічні і гістохімічні методи в фізіології»
Питання для самопідготовки
1. Хімічне картування мозку.
2. Методи виявлення локалізації резисторів в структурах периферичної нервової системи.
3. Виявлення локалізації резисторів в структурах центральної нервової системи.
4. Виявлення локалізації рецепторів в органах-мішенях.
5. Визначення функціональної активності органу або системи органів з концентрації секретованої гормону, нейрогормонів або іншого біологічно активної речовини.
Література
1. Батуев А.С. Вища нервова діяльність. М., 1991 р.
2. Великий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. Б.А. Кудряшова - М.: Вища школа, 1984 р.
3. Гумінський А.А., Леонтьєва М.М., Маринова К.В. Керівництво до лабораторних занять з загальної фізіології. - М.: Просвещение, 1990 р.
4. Малий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. А.С. Батуева - СПб.: Вид-во СПбГУ, 2001 р.
5. Методики і основні експерименти з вивчення мозку і поведінки. Я. Буреш, О. Бурешіва, Д. Х'юстон / Переклад з англ. - М.: Вища школа, 1991 р.
6. Методи досліджень в психофізіології. / Под ред. А.С. Батуева - СПб, 1994 р.
7. Методи клінічної нейрофізіології. / Под ред. В.Б. Гречина - Л., 1977 р.
8. Загальний курс фізіології людини і тварин. У 2 Т. / Под ред. А.Д. Ноздрачова - М., 1991 р.
9. Практикум з нормальної фізіології. / Под ред. Н.А. Агаджаняна - М.: Изд-во РУДН, 1996 р.
Робота 6
Тема: «Гістологічні і нейроанатоміческіе методи»
Питання для самопідготовки
1. Перфузія.
2. Витяг мозку.
3. Виготовлення блоків тканини мозку.
4. Виготовлення зрізів.
5. Підготовка желатинізовані предметних стекол.
6. Монтування зрізів.
7. Фотографування нефарбованих зрізів.
8. Фарбування.
Література
1. Батуев А.С. Вища нервова діяльність. М., 1991 р.
2. Великий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. Б.А. Кудряшова - М.: Вища школа, 1984 р.
3. Гумінський А.А., Леонтьєва М.М., Маринова К.В. Керівництво до лабораторних занять з загальної фізіології. - М.: Просвещение, 1990 р.
4. Малий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. А.С. Батуева - СПб.: Вид-во СПбГУ, 2001 р.
5. Методики і основні експерименти з вивчення мозку і поведінки. Я. Буреш, О. Бурешіва, Д. Х'юстон / Переклад з англ. - М.: Вища школа, 1991 р.
6. Методи досліджень в психофізіології. / Под ред. А.С. Батуева - СПб, 1994 р.
7. Методи клінічної нейрофізіології. / Под ред. В.Б. Гречина - Л., 1977 р.
8. Загальний курс фізіології людини і тварин. У 2 Т. / Под ред. А.Д. Ноздрачова - М., 1991 р.
9. Практикум з нормальної фізіології. / Под ред. Н.А. Агаджаняна - М.: Изд-во РУДН, 1996 р.
Робота 7
Тема: «Дослідження різних методів і прийомів при вивченні соматосенсорних систем організму»
Питання для самопідготовки
1. Загальні принципи координованої іннервації м'язів.
2. Реципрокного іннервація м'язів-антагоністів.
3. Спинальне тварина.
4. Моносімпатіческая і полісімпатіческая рефлекторна дуга.
5. Оборотне вимикання мозочка у щура.
6. Хімічне руйнування мозкових структур.
7. Метод аспірації.
Література
1. Батуев А.С. Вища нервова діяльність. М., 1991 р.
2. Великий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. Б.А. Кудряшова - М.: Вища школа, 1984 р.
3. Гумінський А.А., Леонтьєва М.М., Маринова К.В. Керівництво до лабораторних занять з загальної фізіології. - М.: Просвещение, 1990 р.
4. Малий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. А.С. Батуева - СПб.: Вид-во СПбГУ, 2001 р.
5. Методики і основні експерименти з вивчення мозку і поведінки. Я. Буреш, О. Бурешіва, Д. Х'юстон / Переклад з англ. - М.: Вища школа, 1991 р.
6. Методи досліджень в психофізіології. / Под ред. А.С. Батуева - СПб, 1994 р.
7. Методи клінічної нейрофізіології. / Под ред. В.Б. Гречина - Л., 1977 р.
8. Загальний курс фізіології людини і тварин. У 2 Т. / Под ред. А.Д. Ноздрачова - М., 1991 р.
9. Практикум з нормальної фізіології. / Под ред. Н.А. Агаджаняна - М.: Изд-во РУДН, 1996 р.
Робота 8
Тема: «Дослідження різних методів і прийомів при вивченні вісцеральних систем організму»
Питання для самопідготовки
1. Реєстрація потенціалу дії (ПД) міокарда шлунка та його зміни при подразненні вагосимпатическая стовбура.
2. Вивчення парасимпатичних і симпатичних впливів на силу та частоту серцевих скорочень.
3. Ауторегуляторние функція внутрішньосерцевої нервової системи.
4. Вісцеро-кардіальні рефлекси.
5. Топографія і анатомічна характеристика ендокринних залоз щура.
6. Роль гонад в регуляції вторинних статевих ознак.
7. Біохімічне та іммунноферментатівное визначення рівня кортикостероїдних гормонів в біологічних рідинах щура та людини.
Література
1. Батуев А.С. Вища нервова діяльність. М., 1991 р.
2. Великий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. Б.А. Кудряшова - М.: Вища школа, 1984 р.
3. Гумінський А.А., Леонтьєва М.М., Маринова К.В. Керівництво до лабораторних занять з загальної фізіології. - М.: Просвещение, 1990 р.
4. Малий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. А.С. Батуева - СПб.: Вид-во СПбГУ, 2001 р.
5. Методики і основні експерименти з вивчення мозку і поведінки. Я. Буреш, О. Бурешіва, Д. Х'юстон / Переклад з англ. - М.: Вища школа, 1991 р.
6. Методи досліджень в психофізіології. / Под ред. А.С. Батуева - СПб, 1994 р.
7. Методи клінічної нейрофізіології. / Под ред. В.Б. Гречина - Л., 1977 р.
8. Загальний курс фізіології людини і тварин. У 2 Т. / Под ред. А.Д. Ноздрачова - М., 1991 р.
9. Практикум з нормальної фізіології. / Под ред. Н.А. Агаджаняна - М.: Изд-во РУДН, 1996 р.
Робота 9
Тема: «Методи дослідження вищої нервової діяльності»
Питання для самопідготовки
1. Метод вироблення умовних рефлексів.
2. Класичні і оперантное методики вироблення умовних рефлексів.
3. Методи вивчення короткочасної і довготривалої пам'яті.
4. Неврологічне тестування на щурах.
5. Вимірювання структури поведінки.
6. Вироблення інструментальних умовних рефлексів.
7. Статистичні методи, використовувані в фізіології.
Література
1. Батуев А.С. Вища нервова діяльність. М., 1991 р.
2. Великий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. Б.А. Кудряшова - М.: Вища школа, 1984 р.
3. Гумінський А.А., Леонтьєва М.М., Маринова К.В. Керівництво до лабораторних занять з загальної фізіології. - М.: Просвещение, 1990 р.
4. Малий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. А.С. Батуева - СПб.: Вид-во СПбГУ, 2001 р.
5. Методики і основні експерименти з вивчення мозку і поведінки. Я. Буреш, О. Бурешіва, Д. Х'юстон / Переклад з англ. - М.: Вища школа, 1991 р.
6. Методи досліджень в психофізіології. / Под ред. А.С. Батуева - СПб, 1994 р.
7. Методи клінічної нейрофізіології. / Под ред. В.Б. Гречина - Л., 1977 р.
8. Загальний курс фізіології людини і тварин. У 2 Т. / Под ред. А.Д. Ноздрачова - М., 1991 р.
9. Практикум з нормальної фізіології. / Под ред. Н.А. Агаджаняна - М.: Изд-во РУДН, 1996 р.
Принцип дії електронно-променевої трубки полягає у взаємодії потоку електронів, що випускається катодом і сфокусованого системою електронних лінз, з електростатичним або електромагнітним полем відхиляють електродів.
Електронно-променева трубка складається з скляного балона, всередині якого у високому вакуумі знаходяться джерело електронів і системи електродів (направляючі, фокусують і відхиляють), вони керували електронним променем.
Джерелом електронів є катод 2, що підігрівається ниткою розжарення 1. Негативно заряджені електрони через керуючу сітку 3 притягуються системою позитивно заряджених анодів 4, 5 і 6. При цьому з електронів формується електронний промінь, який проходить між вертикальними 7 і горизонтальними 8 відхиляють пластинами і спрямовується на екран 9, покритий люмінофором (речовиною, що володіє здатністю світитися при взаємодії з електронами). Керуюча сітка 3 має по відношенню до катода негативний потенціал, величина якого регулюється потенціометром 10. При зміні (за допомогою потенціометра) потенціалу сітки змінюється щільність потоку електронів в електронному промені, а отже, яскравість світіння променя на екрані. Фокусування електронного променя здійснюється потенціометром 10, тобто за рахунок зміни позитивного потенціалу на другому аноді 5.
Горизонтальні та вертикальні пластини, що відхиляють керують рухом електричного променя відповідно у горизонтальній і вертикальній площинах, для чого на них подаються потенціали з підсилювачів горизонтального (б, х 1 і х 2) і вертикального (а, у 1 і у 2) відхилення променя. Якщо на горизонтальні відхиляють подавати пилкоподібну напруга, то промінь осцилографа буде переміщатися в горизонтальній площині зліва направо. Змінюючи режим роботи генератора пилкоподібної напруги, можна регулювати швидкість розгортки, тобто швидкість проходження променя по екрану осцилографа. Це необхідно тому, що досліджувані процеси (сигнали) мають різні частотно-часові параметри.
Досліджуваний процес (сигнал) зазвичай подається на вертикальні відхиляють, які переміщують промінь вгору або вниз, в залежності від знаку і величини прикладеного до них напруги. Таким чином, потенціали, прикладені до пластин, керують переміщенням променя по горизонтальній (х) і вертикальної (у) осях, тобто розгортають досліджуваний процес.
Реєстрацію досліджуваних процесів з екрану катодного осцилографа здійснюють фотографічним способом із застосуванням світлових фотоапаратів або спеціальних фотокамер.
Магнітограф. Реєстрація електричних процесів на феромагнітну стрічку зручна тим, що записана таким чином інформація може тривало зберігатися і багаторазово відтворюватися. За допомогою різних реєстраторів її можна переводити у видиму запис з різним масштабом розгортки. Цю інформацію можна обробляти після закінчення експерименту за допомогою різних автоматичних пристроїв і електронно-обчислювальних машин. Магнітограф дозволяють записувати і протокол експерименту.
ЕЛЕКТРОННО-ОБЧИСЛЮВАЛЬНІ МАШИНИ
У сучасних умовах ЕОМ є невід'ємною частиною науково-дослідних лабораторій, так як електронно-обчислювальні машини значно підвищують ефективність праці дослідників Введення даних про досліджуваному процесі можна робити різними способами: ручним (коли попередньо розраховані амплітудно-часові параметри, наприклад, електрокардіограми вводять з клавіатури ЕОМ ) або з проміжного носія інформації (наприклад, з перфокарти або перфострічки, на яких закодована інформація).
Однак найбільш зручно і економічно вводити інформацію в ЕОМ за допомогою спеціального пристрою - амплітудно-цифрового перетворювача (АЦП). Амплітудно-цифровий перетворювач трансформує амплітудно-часові параметри досліджуваного процесу (наприклад, амплітуду і тривалість різних компонентів ЕКГ) в цифровий код, який сприймається, аналізується і обробляється процесором ЕОМ. Математично оброблена (за заданими програмами) в ЕОМ інформація може бути представлена в різних формах: у вигляді таблиці, видрукуваної на ціфропечатаюшем пристрої; у вигляді графіка, побудованого графопостроителем; у вигляді зображення на екрані дисплея або в іншій формі. При цьому дослідник звільняється від рутинної роботи не тільки з вимірювання, обрахунку, математичного аналізу результатів, але і від необхідності складати таблиці та будувати графіки.
ПРИЛАДИ СПЕЦІАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
Прилади спеціального призначення зазвичай призначені для реєстрації будь-якої однієї функції або процесу, наприклад електрокардіограми, електроенцефалограми, електрогастрограмми та ін Така спеціалізована апаратура, як правило, компактна, проста в експлуатації і зручна для проведення клінічних досліджень. До її складу входять різні блоки (системи) загального призначення, тому знання принципового пристрою окремих блоків дозволяє легко розібратися в роботі приладів спеціального призначення. Загальна структура приладу спеціального призначення включає електроди або датчик, комутатор, підсилювач, реєстратор та блок живлення. Більш детальне знайомство з кожним приладом здійснюється за допомогою інструкції з експлуатації, що додається до приладу.
Електростимулятори. Для електричної стимуляції біологічних об'єктів аж до середини поточного сторіччя застосовували індукційні котушки, які в даний час повністю замінено електростимуляторами. Електростимулятор - один з найпоширеніших і необхідних приладів. Він забезпечує оптимальні умови роздратування тканин (з найменшим їх травмуванням при тривалій стимуляції) і зручний в роботі.
Для дослідницьких цілей доцільно використовувати стимулятор, який в залежності від умов експерименту може служити або генератором струму, або генератором напруги. Внутрішній опір вихідного пристрою такого стимулятора можна змінювати відповідно до цілей експерименту. Воно має бути або в 30-40 разів більше опору об'єкта дослідження (при роботі в режимі «генератор струму»), або в стільки ж разів менше (в режимі «генератор напруги»). Однак подібні універсальні стимулятори складні і громіздкі, тому в умовах фізіологічного практикуму краще застосовувати більш прості прилади.
Стимулятор складається з декількох блоків (каскадів), принципове призначення яких не залежить від типу стимулятора. Розглянемо призначення окремих каскадів стимулятора і пов'язаних з ними органон управління на прикладі стимулятора імпульсного фізіологічного СІФ-5.
Генератор частоти проходження імпульсів (генератор, що задає) часто конструюють за схемою мультивібратора, він може працювати у режим і безперервному режимах. При роботі в режимі очікування ставить генератор може генерувати імпульси або при натисканні кнопки «Пуск» 9, або при подачі на вхід мультивібратора запускають сигналів від іншого джерела імпульсів. У першому випадку генерується тільки один імпульс, у другому - частота імпульсів буде відповідати частоті запускають сигналів. При безперервному режимі роботи 8 ставить генератор стимулятора генерує імпульси безперервно, їх частоту / можна змінювати від часток герца до декількох сотень герц.
Імпульси від задає генератора подаються на наступний каскад стимулятора - каскад затримки, а також можуть бути використані для запуску розгортки осцилографа (імпульс синхронізації 10), У каскаді затримки 2 імпульс генератора, що задає може затриматися на час 1 - 1000 мс. Каскад затримки дозволяє (наприклад, при дослідженні викликаних потенціалів) незалежно від швидкості розгортки осцилографа встановити потенціал на екрані осцилографа в зручному для реєстрації місці.
Імпульси від каскаду затримки можуть бути використані для запуску інших стимуляторів, якщо в експерименті застосовують декілька стимуляторів та їх роботу потрібно синхронізувати. Крім того, від каскаду затримки подаються імпульси на вхід каскаду формування вихідних сигналів. В цьому каскаді формуються імпульси прямокутної (або іншої) форми з певною тривалістю 3, потім вони передаються на підсилювач потужності, який дозволяє регулювати їх амплітуду 4.
З виходу стимулятора 5 допомогою сполучних проводів і стимулюючих електродів імпульси необхідної форми, тривалості і амплітуди передаються на об'єкт дослідження. Полярність вихідних імпульсів 6 можна змінювати. Для зменшення артефакту роздратування деякі типи стимуляторів мають ізолюючі трансформатори 7, інші - високочастотні вихідні пристрої.
Як для навчальних, так і для дослідницьких цілей використовують стимулятори та інших типів, наприклад, НСЕ-01, ЕСТ-10А, ІС-01 і ін
Крім імпульсних стимуляторів у фізіологічних експериментах використовують фото-і фоностімулятори. Їх пристрій багато в чому принципово схоже з пристроєм імпульсного стимулятора. Відмінність полягає в основному в структурі вихідного блоку, формує світлові сигнали в фотостімуляторе або звукові - в фоностімуляторе.
Ергометри. Для створення функціонального навантаження на окремі органи, системи та організм в цілому широко застосовують ергометри різних типів. Вони дозволяють створювати або локальну, або загальну функціональне навантаження, дозувати і визначати її величину. Найбільш поширеними приладами цього типу є пальцевий ергограф, велоергометрі і бігова доріжка. Існують біжать доріжки (третбани) і для тварин.
Камери. Камери різного призначення широко використовують при створенні певних умов для об'єкта дослідження. Існують сурдокамеру, термокамери, барокамери з підвищеним і зниженим тиском, камери з променевими і звуковими установками і т. д. В даний час сконструйовані камери, які дозволяють створити штучний мікроклімат і вивчати реакції об'єкта дослідження на різноманітні впливи.
ОСНОВНІ ПРАВИЛА ЕКСПЛУАТАЦІЇ ЕЛЕКТРОННОЇ АПАРАТУРИ
Крім загальних правил поводження з апаратурою, необхідно в кожному окремому випадку спочатку ознайомитися з правилами експлуатації незнайомого приладу і лише потім приступати до роботи з ним. Це набуває особливого значення в умовах клініки, оскільки деякі прилади при невмілому поводженні становлять небезпеку для пацієнта (прилад для дослідження збудливості нервів і м'язів - електроімпульс-тор і ряд інших). Основні правила полягають у наступному.
До включення приладу в мережу необхідно: 1) переконатися, що напруга мережі відповідає напрузі, на яке розрахований прилад або на яке переключено в даний момент його силовий трансформатор, 2) заземлити прилад, тобто поєднати клему (або гніздо «земля») з шиною контуру заземлення або водопровідною мережею (у жодному разі не можна заземлювати прилади на елементи проводки газу); 3) перевірити всі дроти струму мережі (справність ізоляції і наявність качан), категорично забороняється включати в розетки харчування оголені кінці проводів; 4) перевірити дроти , призначені для комутації приладів і складання робочої схеми (вони не повинні мати позбавлених ізоляції місць), 5) перевірити у всіх приладів тумблери та інші перемикачі мережі - вони повинні перебувати в положенні «викл.».
Включення приладів у мережу повинно проводитися перемикачами, розташованими на приладах.
Після включення приладів слід: 1) перевірити по світлових індикаторів, чи всі прилади отримали харчування (якщо індикатор не горить, необхідно звернутися до викладача і спільно установити причину несправності; найчастіше це буває пов'язано з перегоранням запобіжника приладу або лампочки світлового індикатора), 2) пам'ятати, що лампові електронні прилади починають стабільно працювати тільки після попереднього прогріву протягом 15-30 хв; для більшості транзисторних приладів цей термін складає до 2-5 хв.
Робота 1
Тема: «Тестуючі навантаження у фізіологічному експерименті»
Мета: вивчити найбільш відомі методи тестування і комбіновані моделі, і тести, що використовуються для дослідження фізичної витривалості у лабораторних тварин, емоційної стійкості та тривожності.
Питання для самопідготовки
1. Умови та порядок проведення оцінки субмаксимальної працездатності (тест RWC 170).
2. Тестування фізичної витривалості у лабораторних тварин (біг на тредбане, плавання). Значення.
3. Тест «Відкрите поле». Його опис і значення.
4. Сутність багатопараметричного тесту, його опис.
Література
1. Батуев А.С. Вища нервова діяльність. М., 1991 р.
2. Великий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. Б.А. Кудряшова - М.: Вища школа, 1984 р.
3. Гумінський А.А., Леонтьєва М.М., Маринова К.В. Керівництво до лабораторних занять з загальної фізіології. - М.: Просвещение, 1990 р.
4. Малий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. А.С. Батуева - СПб.: Вид-во СПбГУ, 2001 р.
5. Методики і основні експерименти з вивчення мозку і поведінки. Я. Буреш, О. Бурешіва, Д. Х'юстон / Переклад з англ. - М.: Вища школа, 1991 р.
6. Методи досліджень в психофізіології. / Под ред. А.С. Батуева - СПб, 1994 р.
7. Методи клінічної нейрофізіології. / Под ред. В.Б. Гречина - Л., 1977 р.
8. Загальний курс фізіології людини і тварин. У 2 Т. / Под ред. А.Д. Ноздрачова - М., 1991 р.
9. Практикум з нормальної фізіології. / Под ред. Н.А. Агаджаняна - М.: Изд-во РУДН, 1996 р.
Робота 2
Тема: «Апаратура і методи вивчення електрофізіологічних функцій»
Мета: ознайомитися з умовами та тенденціями виникнення і розвитку електрофізіології, внесенню сфери практичного використання апаратури. Вивчення електрофізіологічних методів.
Питання для самопідготовки
1. Предмет і завдання електрофізіології.
2. Виникнення і перші кроки електрофізіології.
3. Області практичного використання електрофізіології.
4. Схеми зв'язків між приладами і об'єктами дослідження.
5. Електронна апаратура і правила експлуатації електронної апаратури.
6. Електрофізіологічні методи (позаклітинне і внутрішньоклітинне відведення та реєстрація біопотенціалів, метод викликаних потенціалів, електроенцефалографія, електрокарунографія.
Література
1. Батуев А.С. Вища нервова діяльність. М., 1991 р.
2. Великий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. Б.А. Кудряшова - М.: Вища школа, 1984 р.
3. Гумінський А.А., Леонтьєва М.М., Маринова К.В. Керівництво до лабораторних занять з загальної фізіології. - М.: Просвещение, 1990 р.
4. Малий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. А.С. Батуева - СПб.: Вид-во СПбГУ, 2001 р.
5. Методики і основні експерименти з вивчення мозку і поведінки. Я. Буреш, О. Бурешіва, Д. Х'юстон / Переклад з англ. - М.: Вища школа, 1991 р.
6. Методи досліджень в психофізіології. / Под ред. А.С. Батуева - СПб, 1994 р.
7. Методи клінічної нейрофізіології. / Под ред. В.Б. Гречина - Л., 1977 р.
8. Загальний курс фізіології людини і тварин. У 2 Т. / Под ред. А.Д. Ноздрачова - М., 1991 р.
9. Практикум з нормальної фізіології. / Под ред. Н.А. Агаджаняна - М.: Изд-во РУДН, 1996 р.
Робота 3
Тема: «Методичні прийоми, використовувані при проведенні хронічного експерименту»
Мета: вивчити основні теоретичні питання, пов'язані з практикуються операційними прийомами в експериментальній фізіології.
Питання для самопідготовки
1. Умови проведення.
2. Накладення фістул. Техніка накладення різних видів швів.
3. Гетерогенні нервові, нервово-м'язові, нервово-судинні і нервово-залізисті анастомози.
4. Перфузія тканин і органів.
5. Канюлірованіе.
6. Введення мічених атомів і біологічних субстратів.
7. Позитронно-емісійна томографія.
Література
1. Батуев А.С. Вища нервова діяльність. М., 1991 р.
2. Великий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. Б.А. Кудряшова - М.: Вища школа, 1984 р.
3. Гумінський А.А., Леонтьєва М.М., Маринова К.В. Керівництво до лабораторних занять з загальної фізіології. - М.: Просвещение, 1990 р.
4. Малий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. А.С. Батуева - СПб.: Вид-во СПбГУ, 2001 р.
5. Методики і основні експерименти з вивчення мозку і поведінки. Я. Буреш, О. Бурешіва, Д. Х'юстон / Переклад з англ. - М.: Вища школа, 1991 р.
6. Методи досліджень в психофізіології. / Под ред. А.С. Батуева - СПб, 1994 р.
7. Методи клінічної нейрофізіології. / Под ред. В.Б. Гречина - Л., 1977 р.
8. Загальний курс фізіології людини і тварин. У 2 Т. / Под ред. А.Д. Ноздрачова - М., 1991 р.
9. Практикум з нормальної фізіології. / Под ред. Н.А. Агаджаняна - М.: Изд-во РУДН, 1996 р.
Робота 4
Тема: «Електрофізіологічні методи»
Питання для самопідготовки
1. Історія вивчення біоелектричних явищ.
2. Електричні генератори струму і напруги.
3. Електроди і підсилювачі.
4. Реєструючі прилади.
5. Мікроелектродна техніка та виготовлення мікроелектродів.
6. Фізіологічна універсальна комплексна установка.
7. Стереотаксична техніка. Стереотаксичні атласи.
Література
1. Батуев А.С. Вища нервова діяльність. М., 1991 р.
2. Великий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. Б.А. Кудряшова - М.: Вища школа, 1984 р.
3. Гумінський А.А., Леонтьєва М.М., Маринова К.В. Керівництво до лабораторних занять з загальної фізіології. - М.: Просвещение, 1990 р.
4. Малий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. А.С. Батуева - СПб.: Вид-во СПбГУ, 2001 р.
5. Методики і основні експерименти з вивчення мозку і поведінки. Я. Буреш, О. Бурешіва, Д. Х'юстон / Переклад з англ. - М.: Вища школа, 1991 р.
6. Методи досліджень в психофізіології. / Под ред. А.С. Батуева - СПб, 1994 р.
7. Методи клінічної нейрофізіології. / Под ред. В.Б. Гречина - Л., 1977 р.
8. Загальний курс фізіології людини і тварин. У 2 Т. / Под ред. А.Д. Ноздрачова - М., 1991 р.
9. Практикум з нормальної фізіології. / Под ред. Н.А. Агаджаняна - М.: Изд-во РУДН, 1996 р.
Робота 5
Тема: «Біохімічні і гістохімічні методи в фізіології»
Питання для самопідготовки
1. Хімічне картування мозку.
2. Методи виявлення локалізації резисторів в структурах периферичної нервової системи.
3. Виявлення локалізації резисторів в структурах центральної нервової системи.
4. Виявлення локалізації рецепторів в органах-мішенях.
5. Визначення функціональної активності органу або системи органів з концентрації секретованої гормону, нейрогормонів або іншого біологічно активної речовини.
Література
1. Батуев А.С. Вища нервова діяльність. М., 1991 р.
2. Великий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. Б.А. Кудряшова - М.: Вища школа, 1984 р.
3. Гумінський А.А., Леонтьєва М.М., Маринова К.В. Керівництво до лабораторних занять з загальної фізіології. - М.: Просвещение, 1990 р.
4. Малий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. А.С. Батуева - СПб.: Вид-во СПбГУ, 2001 р.
5. Методики і основні експерименти з вивчення мозку і поведінки. Я. Буреш, О. Бурешіва, Д. Х'юстон / Переклад з англ. - М.: Вища школа, 1991 р.
6. Методи досліджень в психофізіології. / Под ред. А.С. Батуева - СПб, 1994 р.
7. Методи клінічної нейрофізіології. / Под ред. В.Б. Гречина - Л., 1977 р.
8. Загальний курс фізіології людини і тварин. У 2 Т. / Под ред. А.Д. Ноздрачова - М., 1991 р.
9. Практикум з нормальної фізіології. / Под ред. Н.А. Агаджаняна - М.: Изд-во РУДН, 1996 р.
Робота 6
Тема: «Гістологічні і нейроанатоміческіе методи»
Питання для самопідготовки
1. Перфузія.
2. Витяг мозку.
3. Виготовлення блоків тканини мозку.
4. Виготовлення зрізів.
5. Підготовка желатинізовані предметних стекол.
6. Монтування зрізів.
7. Фотографування нефарбованих зрізів.
8. Фарбування.
Література
1. Батуев А.С. Вища нервова діяльність. М., 1991 р.
2. Великий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. Б.А. Кудряшова - М.: Вища школа, 1984 р.
3. Гумінський А.А., Леонтьєва М.М., Маринова К.В. Керівництво до лабораторних занять з загальної фізіології. - М.: Просвещение, 1990 р.
4. Малий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. А.С. Батуева - СПб.: Вид-во СПбГУ, 2001 р.
5. Методики і основні експерименти з вивчення мозку і поведінки. Я. Буреш, О. Бурешіва, Д. Х'юстон / Переклад з англ. - М.: Вища школа, 1991 р.
6. Методи досліджень в психофізіології. / Под ред. А.С. Батуева - СПб, 1994 р.
7. Методи клінічної нейрофізіології. / Под ред. В.Б. Гречина - Л., 1977 р.
8. Загальний курс фізіології людини і тварин. У 2 Т. / Под ред. А.Д. Ноздрачова - М., 1991 р.
9. Практикум з нормальної фізіології. / Под ред. Н.А. Агаджаняна - М.: Изд-во РУДН, 1996 р.
Робота 7
Тема: «Дослідження різних методів і прийомів при вивченні соматосенсорних систем організму»
Питання для самопідготовки
1. Загальні принципи координованої іннервації м'язів.
2. Реципрокного іннервація м'язів-антагоністів.
3. Спинальне тварина.
4. Моносімпатіческая і полісімпатіческая рефлекторна дуга.
5. Оборотне вимикання мозочка у щура.
6. Хімічне руйнування мозкових структур.
7. Метод аспірації.
Література
1. Батуев А.С. Вища нервова діяльність. М., 1991 р.
2. Великий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. Б.А. Кудряшова - М.: Вища школа, 1984 р.
3. Гумінський А.А., Леонтьєва М.М., Маринова К.В. Керівництво до лабораторних занять з загальної фізіології. - М.: Просвещение, 1990 р.
4. Малий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. А.С. Батуева - СПб.: Вид-во СПбГУ, 2001 р.
5. Методики і основні експерименти з вивчення мозку і поведінки. Я. Буреш, О. Бурешіва, Д. Х'юстон / Переклад з англ. - М.: Вища школа, 1991 р.
6. Методи досліджень в психофізіології. / Под ред. А.С. Батуева - СПб, 1994 р.
7. Методи клінічної нейрофізіології. / Под ред. В.Б. Гречина - Л., 1977 р.
8. Загальний курс фізіології людини і тварин. У 2 Т. / Под ред. А.Д. Ноздрачова - М., 1991 р.
9. Практикум з нормальної фізіології. / Под ред. Н.А. Агаджаняна - М.: Изд-во РУДН, 1996 р.
Робота 8
Тема: «Дослідження різних методів і прийомів при вивченні вісцеральних систем організму»
Питання для самопідготовки
1. Реєстрація потенціалу дії (ПД) міокарда шлунка та його зміни при подразненні вагосимпатическая стовбура.
2. Вивчення парасимпатичних і симпатичних впливів на силу та частоту серцевих скорочень.
3. Ауторегуляторние функція внутрішньосерцевої нервової системи.
4. Вісцеро-кардіальні рефлекси.
5. Топографія і анатомічна характеристика ендокринних залоз щура.
6. Роль гонад в регуляції вторинних статевих ознак.
7. Біохімічне та іммунноферментатівное визначення рівня кортикостероїдних гормонів в біологічних рідинах щура та людини.
Література
1. Батуев А.С. Вища нервова діяльність. М., 1991 р.
2. Великий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. Б.А. Кудряшова - М.: Вища школа, 1984 р.
3. Гумінський А.А., Леонтьєва М.М., Маринова К.В. Керівництво до лабораторних занять з загальної фізіології. - М.: Просвещение, 1990 р.
4. Малий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. А.С. Батуева - СПб.: Вид-во СПбГУ, 2001 р.
5. Методики і основні експерименти з вивчення мозку і поведінки. Я. Буреш, О. Бурешіва, Д. Х'юстон / Переклад з англ. - М.: Вища школа, 1991 р.
6. Методи досліджень в психофізіології. / Под ред. А.С. Батуева - СПб, 1994 р.
7. Методи клінічної нейрофізіології. / Под ред. В.Б. Гречина - Л., 1977 р.
8. Загальний курс фізіології людини і тварин. У 2 Т. / Под ред. А.Д. Ноздрачова - М., 1991 р.
9. Практикум з нормальної фізіології. / Под ред. Н.А. Агаджаняна - М.: Изд-во РУДН, 1996 р.
Робота 9
Тема: «Методи дослідження вищої нервової діяльності»
Питання для самопідготовки
1. Метод вироблення умовних рефлексів.
2. Класичні і оперантное методики вироблення умовних рефлексів.
3. Методи вивчення короткочасної і довготривалої пам'яті.
4. Неврологічне тестування на щурах.
5. Вимірювання структури поведінки.
6. Вироблення інструментальних умовних рефлексів.
7. Статистичні методи, використовувані в фізіології.
Література
1. Батуев А.С. Вища нервова діяльність. М., 1991 р.
2. Великий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. Б.А. Кудряшова - М.: Вища школа, 1984 р.
3. Гумінський А.А., Леонтьєва М.М., Маринова К.В. Керівництво до лабораторних занять з загальної фізіології. - М.: Просвещение, 1990 р.
4. Малий практикум з фізіології людини і тварин. / Под ред. А.С. Батуева - СПб.: Вид-во СПбГУ, 2001 р.
5. Методики і основні експерименти з вивчення мозку і поведінки. Я. Буреш, О. Бурешіва, Д. Х'юстон / Переклад з англ. - М.: Вища школа, 1991 р.
6. Методи досліджень в психофізіології. / Под ред. А.С. Батуева - СПб, 1994 р.
7. Методи клінічної нейрофізіології. / Под ред. В.Б. Гречина - Л., 1977 р.
8. Загальний курс фізіології людини і тварин. У 2 Т. / Под ред. А.Д. Ноздрачова - М., 1991 р.
9. Практикум з нормальної фізіології. / Под ред. Н.А. Агаджаняна - М.: Изд-во РУДН, 1996 р.