АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Раздел I. ВВЕДЕНИЕ

Подписано в печать 17.01.2009. Формат 60х84/16.

Компьютерный набор. Гарнитура Times New Roman.

Усл. Печ. Л. – 8,9. Уч.-изд. Л. – 8,4. Тираж 500 экз.

Заказ №.

ООО «Вагант»

450076, г. Уфа, ул. Коммунистическая, 22а

E-mail: salavatv@rambler.ru

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее руководство составлено с учетом двух принципиальных моментов. С одной стороны, существенного технического прогресса в сфере средств регистрации физиологических процессов, обработки получаемых данных, программного обеспечения эксперимента равно как появления новых теоретических обобщений и трактовок тех или иных феноменов. С другой стороны, - уровня материальной базы кафедры, диктующего необходимость привлечения более простых, доступных методов, приборов и аппаратуры, зарекомендовавших себя удобством в эксплуатации, надежностью, демонстративностью и наглядностью. Имелось в виду и то, чтобы будущий преподаватель биологии, оканчивающий факультет естествознания вне зависимости от дополнительных специальностей (химия, практическая психология, география, валеология) смог использовать обретенные навыки и умения для иллюстрации и закрепления фундаментальных положений физиологии, раскрываемых на уроках и внеаудиторных занятиях.

Пособие рассчитано на создание максимальных условий для проявления студентами самостоятельности в подготовке, проведении эксперимента, осмыслении его сути и связи каждой лабораторной работы с предваряемым лекционным курсом. В рамках любого 2-часового занятия они должны ознакомиться с вводной частью к соответствующему заданию, его целью, порядком выполнения, надлежащей аппаратурой, смонтировать рабочую установку, зафиксировать и проанализировать результаты наблюдений, сделать надлежащие выводы, ответить на сопроводительные контрольные вопросы и представить протокольные записи на визирование преподавателю.

Исходя из стандартных нормативов, определяющих общий объем практикума в 60 часов, в рамках первой части его видится целесообразной следующая связанная с последовательностью изложения теоретического курса очередность прохождения разделов, которые осваиваются студентами 4 курса в 7 семестре. Раздел I «Введение» (2 ч) призван ознакомить аудиторию с назначением, правилами, условиями, порядком проведения и оформления лабораторных занятий, мерами безопасности, техникой и методами физиологического эксперимента. Раздел II – «Физиология возбудимых тканей» (7 работ, 6 ч). Раздел III – «Физиология нервной системы» (10 работ, 12 ч). Раздел IV– «Физиология нейромоторного аппарата» (7 работ, 6 ч). Раздел V – «Физиология анализаторов» (14 работ, 6 ч). Раздел VI – «Физиология высшей нервной деятельности» (13 работ, 2 ч). Раздел VII – «Физиология эндокринной системы» (2 работы, 2 ч). По завершении каждого из перечисленных разделов проводятся 2-часовые итоговые семинары, призванные оценить меру усвоения пройденного материала.

Лица, выполнившие все лабораторные задания и овладевшие теоретическим курсом, допускаются к сдаче зачетов и экзаменов в установленное учебным планом время.

Составители пособия рассматривают его лишь как основу, подразумевающую творческий подход к его модификации. Посему они с благодарностью примут критические замечания, конструктивные советы и пожелания, которые будут способствовать улучшению качества преподавания физиологии в педагогических вузах.

Раздел I. ВВЕДЕНИЕ.

Цель: Знакомство с предметом физиологии как науки, назначением практикума, последовательностью, порядком и условиями его прохождения, мерами безопасности, с методами и техническим оснащением физиологического эксперимента.

Работа 1. Назначение практикума, правила выполнения лабораторных заданий и оформления протоколов.

Задача. Она вытекает из формулировки работы.

Физиология – одна из базовых медико-биологических дисциплин. Она изучает характер и механизмы функциональных реакций, которые развертываются на всех уровнях структурной организации животного организма в ответ на внешние и внутренние возмущающие воздействия, и служат средством его адаптации к постоянно меняющимся условиям существования. Устанавливая закономерности процессов жизнеобеспечения, их свойства, взаимосвязь и сопряжение друг с другом физиология дает ключ к управлению деятельностью различных функциональных систем целостного организма и ее коррекции в случае нарушения.

Будучи наукой экспериментальной, физиология опирается на качественно и количественно оцениваемые факты, получаемые в опытах на животных, человеке в естественной, либо модельных ситуациях, а также во время клинических наблюдений. Все они ставят целью ответить на 3 кардинальных вопроса: что, как и почему происходит? Одни эксперименты именуются острыми, поскольку выполняются на наркотизированных животных после их вскрытия. Так изучаются функции отдельных систем, органов, тканей, клеток и даже фрагментов их мембран, причем, нередко in vitro. Другие опыты называются хроническими, так как проводятся в течение длительного времени и осуществляются как на интактном объекте, так и после предварительных (подготовительных) хирургических вмешательств на нем, связанных, например, со вставлением фистул в желудок или вживлением электродов в определенные участки мозга для анализа соответственно сокоотделения и активности интересующих исследователя нейрональных пулов. Такие эксперименты ставятся на животных после заживления ран в натуральной или искусственно создаваемой обстановке. Часть означенных вариантов опытов описана в настоящем пособии.

Цель практикума, порядок и условия его прохождения. Лабораторный практикум существенно дополняет лекционный курс. Он призван не только закрепить, углубить, дополнить раскрываемые в нем теоретические аспекты, но и привить студентам навыки самостоятельной научно-исследовательской работы, ибо предусматривает целевую установку задания, овладение методикой его реализации, подготовку необходимой аппаратуры, получение исходных фактических материалов, их анализ, обобщение, протоколирование, формулировку выводов и ответы на сопроводительные вопросы. Полнота, правильность выполнения заданий и их оформления в конце занятия визируется подписью преподавателя и надлежащей пометкой в журнале. По завершении каждого раздела проводятся итоговые семинары, позволяющие проконтролировать степень их последовательного освоения с выставлением соответствующих оценок. Стабильно высокие баллы за систематическое активное участие в них служит гарантом автоматического приема зачетов и экзаменов. К ним допускаются лишь те лица, которые выполнили практикум в полном объеме и продемонстрировали достаточное владение пройденным материалом.

При входе в учебное помещение студенты должны одевать халаты. Рабочее место надлежит содержать в чистоте и не загромождать посторонними предметами. Не рекомендуется хранить личную одежду и принимать пищу. В процессе работы следует соблюдать тишину, порядок, не допускать торопливости, неряшливости, отвлечения посторонними делами и разговорами. К выполнению задания приступать только после уяснения его цели и методики. Запрещается покидать рабочее место с действующей электроаппаратурой без присмотра.

Работа 2. Инструктаж по технике безопасности.

Задача. Знакомство с правилами безопасности работы и поведения в случае пожара и поражения током.

Программа практикума предусматривает умение работы с некоторыми электроприборами, экспериментальными животными, лабораторной посудой, химическими реактивами и биологическими жидкостями. При эксплуатации электроаппаратуры возможны случаи поражения людей электрическим током и возникновения пожара. Причинами последнего обычно являются: неисправность электрооборудования, отсутствие его заземления, прикосновение руками или металлическими предметами к токоведущим элементам, нарушение правил пользования электроприборами. Запрещается: проверять наличие напряжения пальцами; пользоваться неисправными электрооборудованием и электропроводкой, заменять перегоревшие предохранители самодельными; вешать на штепсельные розетки выключатели, электропровода, различные вещи; укреплять провода веревкой или проволокой; оставлять без надзора электрическую схему под напряжением.

В случае возгорания необходимо немедленно отключить напряжение, обесточить электросеть помещения и приступить к его тушению посредством огнетушителя. Его рукоятку надо поднять вверх, перекинуть до отказа, опрокинуть огнетушитель и направить струю на огонь.

С первой доврачебной помощью пострадавшим, оказываемой немедленно, вас знакомит кафедра основ медицинских знаний. Следует помнить, что, содействуя человеку, находящемуся под действием тока, к нему нельзя прикасаться голыми руками во избежание собственного электротравмирования. Следует отключить прибор, в контакте с которым находится пострадавший. Если этого сделать не возможно, необходимо потерпевшего отделить от токоведущих частей, используя палки, доски, другие не проводящие электроток, сухие предметы, либо перерубить провода режущим инструментом с сухой рукояткой.

В лаборатории используется только специальная неповрежденная посуда с четкой и прочной надписью, обозначающей ее назначение. Химическая посуда должна быть сухой и чистой. После ее употребления для мытья используется мыло, кальцинированная сода, современные моющие средства.

Работа 3. Техника физиологического эксперимента.

Задача. Знакомство с современной и привлекаемой в данном практикуме аппаратурой для оценки фиксируемых функциональных показателей, материалами и методами подготовки объектов.

Для объективной автоматической регистрации физиологических процессов в целостном организме и отдельных его составляющих, стимуляции тканей, управления и программирования эксперимента, а также обработки его итогов на современном этапе используется разнообразное, конструктивно сложное оборудование. Оно охватывает измерение широкого спектра отличных по природе биомеханических, биохимических и биоэлектрических процессов. Техническое оснащение профильных научно-исследовательских лабораторий быстро меняется в связи с внедрением микропроцессоров. Однако базовый набор приборов, необходимых для освоения азов физиологии, остается относительно стабильным и включает нижеследующие компоненты.

1. Датчики (приемники) – предназначены для пропорционального преобразования различных видов энергии (механической, тепловой, световой и т.д.) в наиболее удобную для фиксации – электрическую, точность измерения которой в большом диапазоне значений (сила, частота, напряжение, сопротивление) достигает 0,0001%. Причем, анализ ее параметров может выполняться непрерывно с помощью телерадиометрии на любом удалении от объекта.

Основным узлом схемы датчиков служит электрический преобразователь, на входе которого действует изучаемый процесс (давление, перемещение и пр.), а на выходе возникает какая-либо электрическая величина. Если ею служит непосредственно электрический ток или напряжение, то такие датчики относят к генераторному типу. Если же в итоге трансформации на выходе меняется какой-либо электрический параметр (омическое сопротивление, емкость, индуктивность), то такие приемники квалифицируют как параметрические.

По принципу действия они делятся на электроконтактные, потенциометрические, тензометрические, емкостные, ионизационные, термоэлектрические, пьезоэлектрические и фотоэлектрические. Каждый вид выбирается применительно к конкретной задаче, учитывая их достоинства и недостатки. Для начальных студенческих работ приемлемы проволочные тензодатчики, один из которых фигурирует на рис.1. Они представляют тонкую (0,01 – 0,1 мм), выполненную из олова, констатана, нихрома или элинвара проволочку, сложенную зигзагообразно и заключенную в папиросную бумагу. Такие преобразователи приклеиваются по обе стороны упругой пластинки (например, фотопленки), прикрепляемый к объекту, и измеряют деформации и перемещения.

Рис.1. Один из типов проволочных транзисторов (КФ5П1).

Изгиб пластинки ведет к небольшому растягиванию проволочной катушки с одной стороны ее и сжатию – с другой. Деформация проволоки сопровождается изменением сопротивления, которое с помощью электроники преобразуется в электрический сигнал.

2. Электроды служат для подачи электрических стимулов к объекту и отведения от него спонтанной, либо вызванной раздражением биоэлектрической активности. Своеобразно тому условно, несмотря на конструктивную идентичность, электроды делят на стимулирующие и регистрирующие. Те и другие могут быть биполярными и монополярными, вне- и внутриклеточными. Последние представляют вытянутую из тонкой трубочки тугоплавкого стекла марки «Пирекс» микропипетку (рис.2, А) с диаметром кончика 0,5 мкм и сопротивлением 20 – 40 мОм. Она заполняется 3М раствором КСl, служащим внутренней проводящей средой, контактирующей с серебряной проволочкой, связанной с усилителем (смотри далее).

Для внеклеточных манипуляций обычно используют проволочные погружные (рис.2, Б), подвесные (рис.2, В) или поверхностные пластинчатые (рис.2, Г 1) электроды, изготовляемые из золота, платины, серебра, вольфрама, констатана, нержавеющей стали, либо сплавов, к примеру, олова и свинца. Все они обладают низким сопротивлением. Нередко металлические погружные электроды подвергаются электролитической заточке в 10-20% растворе НСl путем многократного повторного пропускания постоянного тока пока кончик не истончится до 2 – 5 мкм, а его сопротивление не станет равным 5 – 15 мОм.

Рис.2. Различные виды электродов, применяемых в физиологических экспериментах.

При этом электрод соединяется с положительным, а электролит – через фольгу с отрицательным полюсом сухого элемента. Можно использовать и переменный ток напряжением 6В. Во всех случаях проволочные электроды предварительно тщательно изолируются посредством нанесения на них лакового покрытия.

Для наглядности на рис.2, Б, В изображены некоторые наиболее простые по конструкции варианты двухполюсных электродов. Они представляют собой две параллельно расположенные металлические проволочки (2), спаянные с электропроводами и размещенные в жестком корпусе (1) из эбонита, оргстекла или зубного цемента. Их игольчатые кончики либо сохраняются прямыми (Б), для погружения в ткань, либо изгибаются в виде крючочков (В), на которых накладываются нервы и мышцы (подвесные электроды). Чтобы придать электродам необходимое положение их корпус соединяется с шарнирным приспособлением (Б, 3), которое, в свою очередь, с помощью муфты (Б, 4) крепится в металлическом стержне (Б, 5) с вилкой (Б, 6). Она вкалывается в пробковую пластинку, что придает системе устойчивое положение. Подвижным шарниром может служить бусинка (В, 3), вставленная в отверстие стенки влажной камеры (В, 5). Ее пронизывает отрезок инъекционной иглы (В, 4) с электропроводами, способный перемещаться вместе с электродами внутрь камеры или извлекаться из нее.

Применение в качестве раздражителя постоянного тока требует привлечения неполяризующихся электродов. Дело в том, что при длительном его прохождении в определенном направлении через ткань, которая ведет себя как электролит, обычные металлические электроды поляризуются вследствие скопления катионов (+) под катодом и анионов (-) под анодом. В результате на кончиках их создается разность потенциалов, порождающая собственный ток, обратный стимулирующему. «Емкостной эффект» возникает из-за нарушения непрерывности между двумя носителями электротока в металле и ионами в электролите. Он может ослаблять или полностью подавлять раздражающий стимул, ведя к ошибкам в измерениях и грубым артефактам. Более того, сосредоточение катионов губительно сказывается на возбудимой ткани.

Во избежание подобных явлений готовятся неполяризующиеся электроды, покрываемые одной из слаборастворимых солей (в частности AgCl), способной обратимо обмениваться ионами с раствором. При прохождении через них даже слабого тока поляризация не наступает, так как вслед за ее началом сразу наступает электролиз. Продукты его не аккумулируются на серебряных проволочках, ибо положительно заряженные ионы Ag выпадают в осадок, а несущие отрицательный заряд ионы Cl, растворяя серебро, образуют хлористое серебро, выпадающее в осадок.

Для хлорирования электроды после их обезжиривания щелочью погружают в 1% раствор NaCl и соединяют с анодом аккумулятора, а раствор хлористого натрия через угольные прокладки с катодом. Ежеминутно меняя направление подаваемого тока, добиваются того, чтобы серебряные проволочки покрылись белым налетом AgCl.

При длительной работе электроды вмонтируются в термостабильные влажные камеры (рис. 2, В) с находящимся там изолированным объектом, либо покрывается вазелиновым маслом или жидким парафином, предупреждая высыхание препарата.

Существуют два способа нанесения раздражения и отведения биопотенциалов – моно- и биполярное. В первом случае один электрод (активный) часто в виде иглы (рис. 2, Г, II) или проволочки размещаются непосредственно на стимулируемом объекте, либо в зоне регистрации ответа, а другой (пассивный, индифферентный), часто в форме пластинки (рис. 2, Г, I) на значительном удалении от предыдущего, то есть на участке ткани, имеющем нулевой потенциал относительно исследуемой точки. В варианте записи электрокардиограммы, например, на нижней конечности, а электроэнцефалограммы – на мочке уха. При подключении данного электрода к несимметричному усилителю он заземляется. При втором (двухполюсном) способе (рис. 2, Б, В) оба электрода находятся на активной ткани и измеряют разность потенциалов в двух участках ее.

3. Усилители. Многие физиологические реакции характеризуются малой энергией, требующей предварительного наращивания ее для приведения в действие регистрирующего устройства. Это достигается с помощью приборов, именуемых усилителями. Они преобразуют мощность колебательных процессов так, чтобы уровень энергии на выходе был выше, чем на входе. Будучи различными по природе (механическими, пневмотическими, электрическими, электромагнитными, магнитными, электронными или сочетающими в себе качества нескольких разновидностей) все усилители содержат внутренний (независимый от усиливаемого процесса) источник энергии. Общую схему их иллюстрирует рис.3.

Рис.3. Принципиальная схема усилительного устройства.

Энергия от источника передается в приемник ее (например, регистратор) через управляемое сопротивление. В нем происходит поглощение части энергии, а остальное количество ее потребляется в приемнике или, как говорят, в нагрузочном сопротивлении. Под ним понимаются любые системы и устройства, где имеет место полезное поглощение энергии. Управляемое сопротивление обладает свойством меняться под влиянием процесса, подлежащего усилению, в результате чего количественные альтерации претерпевает энергия, потребляемая приемником. Таким образом, сущность усиления состоит в том, что при мизерном поглощении поступающей энергии меняется величина управляемого сопротивления, играющего роль клапана или заслонки между источником энергии и приемником. Вследствие такого рода альтераций в цепи передачи энергии мощность в приемнике меняется с частотой исходных (усиливаемых) колебаний, но на более высоком энергетическом уровне.

Наряду с электронно-ламповыми усилителями переменного тока сейчас все большее применение находят кристаллические усилители (транзисторы). Они являются полупроводниковыми приборами. Входящие в их схему триоды, изготавливаемые из германия или кремния, обеспечивают усиление тока и напряжения. Они имеют вид цилиндров длиной 10 – 12 мм, диаметром 5 – 6 мм, весом 1 – 2 г, не требуют источника энергии для питания и подогрева катода, имеют длительный срок эксплуатации, измеряемый десятками тысяч часов, и позволяют конструировать весьма надежные в работе малогабаритные аппараты.

4. Стимуляторы – предназначаются для раздражения живых тканей, с целью чего чаще используют электрический ток, подаваемый на объект через электроды. Промышленность выпускает электронные генераторы разных типов, но общая схема их принципиально одинакова (рис. 4). Она слагается из блока, задающего частоту раздражений, блока формирования длительности импульсов и выходного усилителя, дающего возможность варьировать силу тока.

Рис.4. Блок –схема электронного стимулятора.

Стрелки вверху показывают ручки регулировки, стрелки внизу – режимы стимуляции.

Соответственно на передней панели располагаются ручки для плавной и ступенчатой регулировки указанных параметров (делители и умножители). Как правило, стимуляторы снабжены устройствами для синхронизации импульсов, позволяющими управлять работой другого прибора – осциллографа. У таких генераторов обычно регулируется и время задержки между появлением синхронизирующего и возбуждающего стимулов.

Электронные стимуляторы с питанием от сети переменного тока обязательно снабжены так называемым изолирующим блоком. Вследствие больших относительных емкостей обмоток силового трансформатора на выходных клеммах прибора могут возникнуть микротоки, достаточные для повреждения ткани или создания значительных артефактов при отведении биопотенциалов. Изолирующие блоки в виде трансформаторов, радиочастотных, либо оптронных приставок уменьшают емкостную связь объекта с сетью переменного тока.

Современные универсальные электронные генераторы позволяют использовать как постоянный, так и переменный ток с широким диапазоном его изменений по форме (прямоугольные, пилообразные, синусоидальные стимулы), величине (от 0 до 150 В), частоте (1–1000 Гц) и длительности (0,05–3 с). Импульсы могут подаваться сериями с разной отставленностью их друг от друга по времени и количеству в каждой «пачке».

Для выполнения ряда лабораторных работ привлекают в качестве раздражающего и индукционный ток, который, в отличие от постоянного за краткостью действия не успевает оказать на ткань повреждающего влияния. В таких случаях используют санный аппарат Дюбуа Реймона (рис. 5).

Рис.5. Схема индукционной катушки (А) и ее включения в электроцепь (Б): 1 – генератор постоянного тока; 2 – ключ для подачи от него тока на санный аппарат Дюбуа Реймона; 3 – прерыватель (молоточек Вагнера); 4,5 – первичная и вторичная катушки; 6 – выводные клеммы от вторичной обмотки; 7 – ключ вторичной цепи; 8 – раздражающие электроды с расположенным на них нервом. Б,7 – электромагнит.

Он состоит из двух (первичной и вторичной) катушек со спирально нанизанной на них проволокой. Первичная катушка (4) представляет неподвижный металлический стержень (сердечник), опоясанный небольшим числом витков толстой медной проволоки. На его клеммы с помощью ключа (2) от источника (1) подается постоянный ток. Он поступает через прерыватель – молоточек Вагнера (3) с зазором контактом 0,8 – 1 мм.

Вторичная полая цилиндрическая катушка (5) имеет больший диаметр, оплетена многотысячными витками тонкой проволоки, подвижно закреплена на штативе и способна перемещаться относительно первичной. В ней в момент замыкания и рассоединения первичной цепи вызывает индукционный ток, поступающий к препарату через выходные клеммы (6), ключ внешней цепи (7) и стимулирующие электроды (8). Его величина определяется силой тока в первичной обмотке, количеством витков во вторичной и ее расстоянием от сердечника. При максимальной дистанциированности вторичной обмотки от первичной, ток в ней вообще не появляется и выходит на предельные значения в обратной ситуации.

Возбуждающее действие размыкательного эффекта более выражено, чем замыкательного. Это объясняется тем, что создаваемое и исчезающее магнитное поле инициирует в первичной катушке экстратоки. При замыкании цепи они текут в направлении, встречном подаваемому току. Посему последний достигает конечной величины не сразу, а постепенно по мере уменьшения экстратока до нуля. Длительность такого переменного периода прямо пропорционально коэффициенту самоиндукции первичной цепи и обратно пропорциональна ее сопротивлению. Устранение магнитного поля при размыкании порождает экстраток, текущий в том же направлении, что и прерванный. Отсюда его интенсивность изменяется быстрее. Таким образом, замыкательный ток сравнительно с размыкательным характеризуется меньшей протяженностью и напряжением.

При необходимости нанести раздражение одиночными, а не ритмическими ударами, прерыватель из первичной цепи изымается, и она напрямую связывается с источником питания. Но если требуется создать нужный режим прекращения и возобновления тока, молоточек Вагнера заменяется электромагнитным или другими прерывателями.

5. Регистраторы – служат для наблюдения, преобразования и документирования результатов измерения, характеризующих состояние исследуемого процесса непрерывно или в определенные моменты времени. Они включают: материал (носитель), на котором фиксируется анализируемая реакция, а также аппаратуру, предназначенную для его перемещения с заданной скоростью, визуализации события и трансформации последнего в движение регистратора. При взаимодействии перечисленных слагаемых на носителе остаются следы, совокупность которых в геометрическом пространстве (координатах) составляет «изображение» изучаемого процесса в пространстве и времени. В простейших случаях оно может быть непосредственно видимо (чернильная и другие способы записи), невидимыми (намагничивание), исчезающим (люминесценция) или требовать проявления (фотографирование). Наиболее широко используется обычная (плотная, гладкая, негигроскопичная), электротермическая и светочувствительная бумага.

По типам преобразования методы регистрации делятся на механические, электромеханические, электромагнитные, электрооптические и электронно-оптические. Из всех перечисленных способов механический представляется наиболее простым особенно с помощью кимографа и миографа. Он обеспечивает оценку сократительной функции сердца, гладкой и поперечно-полосатой мускулатуры, дыхания, кровяного давления и др.

Упрощенный механический кимограф (рис. 6) состоит из металлического остова (1), съемного барабана (2), расположенного под ним на той же оси диска (3) равного диаметра и часового механизма (5) с ключом (6) для его заводки.

Рис.6. Упрощенный механический кимограф (пояснения в тексте).

На идущей от часового механизма горизонтальной оси подвижно крепится муфта (4), плотно прижатая к диску. Посредством ее вращение горизонтальной оси передается на вертикальную, приводя в движение барабан. Скорость его движения регулируется насадкой флюгера (7) на внешнюю ось часового механизма и перемещения фрикционной муфты. Чем ближе она располагается к центру диска, тем быстрее будет вращаться барабан.

Графическая регистрация на опоясывающей его бумажной ленте осуществляется посредством миографа (рис. 7, А, 1) с писчиком (3).

Рис. 7. Миографы и писчики, применяемые при механической регистрации сократительных реакций мышцы изолированного нервно-мышечного препарата и в цельной лягушке (пояснения в тексте).

Для работы с нервно-мышечным препаратом привлекается прямой миограф, в котором подвижно зафиксированный на горизонтальной оси рычажок (I, 2) не имеет изгибов. Он укрепляется в муфте на штативе так, как показано на рис. 7, I. Мышца соединяется с ним под прямым углом.

При записи мышечных сокращений на цельной лягушке используется угловой миограф с рычажком, одно плечо которого загнуто вверх (II, 2) и с помощью нитки связывается с мышцей.

С целью увеличения амплитуды сократительной реакции к рычажкам крепятся легкие удлинители из соломки, проволочки или тонкой узкой металлической полоски. На их кончиках располагаются писчики в виде изогнутых заостренных кусочков фотопленки – рис. 7, 3 (при записи на закопченной ленте), либо фрагментов инъекционной иглы – рис. 7, А, 4 (при чернильной регистрации). При этом головка иглы для облегчения веса обтачивается, а исходящий из нее капилляр длиной 10-15 мм плавно загибается. Пишущий кончик капилляра шлифуется, дабы уменьшить его шероховатость и тем снизить трение о бумагу. Резервуар писчика заполняется чернилами определенной текучести непосредственно перед записью. В промежутках между занятиями писчики во избежание закупорки капилляров хранятся в растворах, предотвращающих засыхание чернил и появление ржавчины. В случае же закупорки капилляры прочищаются мандренами от инъекционных игл.

Преимущества кимографа заключаются в большом динамическом диапазоне, отсутствии связи с сетью переменного тока, хорошем изотоническом режиме сокращения мышц и исключительной наглядности изучаемого процесса. К недостаткам относится необходимость установки отметчиков раздражения (рис.8) и времени, чтобы судить о скорости появления, развертывания и окончания реакции.

Рис. 8. Отметчик раздражения.

А – внешний вид прибора; Д – его схема; В – отметка раздражения, зафиксированная на бумажной ленте.

Первый представляет электромагнит, спираль которого включена в цепь электротока, а якорь сцеплен с пластинкой, несущей рычажок с писчиком.

В момент замыкания цепи электромагнит притягивает пластинку, писчик вертикально смещается вниз и чертит линию параллельную исходной. При размыкании тока электромагнит размагничивается, пластинка с писчиком возвращаются в первоначальное (верхнее) положение, что и воспроизводится записью. То же делает аналогичный по конструкции отметчик времени, прочерчивающий вертикальные линии на прямой с задаваемыми интервалами времени.

Сейчас промышленность выпускает быстродействующие одно- и многоканальные самописцы с полосой пропускания от 0 до 150 Гц. Они укомплектованы соответствующими датчиками, отметками времени, сигнала, собственными усилителями с чувствительностью 20-1 мВ/см, переключателями скоростей движения бумаги в диапазоне 0,2 – 250 мм/с, цифровыми запоминающими устройствами и способны осуществлять запись в прямоугольных координатах. Помимо удобной для обработки формы регистрации эти приборы включают элементы защиты от различных перегрузок.

Неотъемлемым инструментом визуального наблюдения особенно быстротекущих процессов (как потенциалы действия) и их фиксации на фотопленке или с помощью самописцев служат катодные осциллографы. Основным элементом их является электроннолучевая трубка (рис. 9) – стеклянная вакуумная колба с удлиненной горловиной и конусообразным расширением в виде экрана (8).

Рис. 9. Схема электроннолучевой трубки (пояснения в тексте).

В цоколе трубки (1), снабженном металлическими выводами, находится проволока (2), соединенная с отрицательным полюсом батареи канала. Поэтому она называется катодом. При пропускании тока катод нагревается и начинает испускать поток электронов, устремляющихся к экрану, покрытому изнутри слоем люминофора или флуорофора. Бомбардировка его электронами сопровождается появлением на экране пятна, светящегося синим или салатовым цветом.

На пути своего перемещения луч минует ряд последовательно расположенных конструкций. Первая из них – «управляющая сетка» или «электронная пушка» (3). Она представляет металлический цилиндр, который окружает катод, несет относительно него отрицательный потенциал и предназначен для предварительной фокусировки и уплотнения электронного потока, а стало быть регулировки четкости и яркости светящейся точки. Далее размещаются два анода (4,5), также выполненные в форме цилиндров и несущие положительный потенциал по отношению к катоду. Один из них (4) как и «управляющая сетка» имеет узкое выходное отверстие, отсекающее электроны, отклонившиеся от осевой линии, и посему именуется фокусирующим. Другой (5) – посредством электрического поля разгоняет электроны до конечной максимальной скорости и называется ускоряющим.

Ближе к экрану находятся две пары занимающих взаимоперпендикулярную позицию отклоняющих пластин – вертикальных (6) и горизонтальных (7). На вертикальные пластины от специальной генератора временной развертки с задаваемой частотой подается пилообразное, растущее с одинаковой скоростью и постоянно колеблющееся напряжение. Поэтому проходящий между ними электронный пучок отклоняется в сторону (обычно слева направо) и возвращается назад, так что светящаяся точка прочерчивает на экране горизонтальный луч. Скорость его развертки регулируется изменением режима работы генератора.

Горизонтальные пластины через усилитель связаны с отводящими электродами, фиксирующими разность потенциалов между разными участками ткани при ее активации и обеспечивающими вертикальное смещение луча. К примеру, если на нижнюю пластину поступает электроотрицательный сигнал с электрода, находящегося в зоне возбуждения, она также становится электроотрицательной и отталкивает от себя электроны, притягивающиеся к верхней пластине, несущей положительный заряд. Когда же активная область сдвигается к месту расположения второго электрода, негативный заряд обретает верхняя пластина и события повторяются в обратном порядке. В результате одновременного смещения пятна в горизонтальном и вертикальном направлениях по экрану, луч описывает сложную кривую в виде потенциала действия, изображенного в правой части рис. 9.

Напомним, что генератор развертки обычно синхронизируется с поступлением управляющего импульса от электростимулятора. Раздражающий стимул от него подается с определенной задержкой в тот момент, когда луч уже начал горизонтальное движение. Тогда на экране появляется артефакт раздражения, критичный в расчетах латентного периода реакции.

Помимо перечисленных элементов в структуру осциллографов входит усилитель вертикальных отклонений постоянного и переменного тока с чувствительностью 100 мкВ/см и блок питания.

Наряду с упомянутыми в ансамбле установок, обслуживающих современный физиологический эксперимент, включаются средства автоматизированного анализа и программированной обработки результатов с привлечением компьютерных технологий. Первые, будучи построенными на отличных принципах (оптических, масс-спектроскопических, электрохимических, частотных и др.), разлагают сложные явления и вещества на слагаемые элементы с их количественной оценкой по различию в изучении, поглощении, преломлении электромагнитных колебаний, расхождению траекторий движения атомов и молекул, электропроводности, электрилизации и прочим критериям. Вторые дают возможность документировать исход опыта, получать его в виде цифровых таблиц, графиков, кривых, соотносительных распределений, раскрывающих степень коррелятивных взаимоотношений между теми или иными процессами и т.д.

II. Подготовительные процедуры.

Выполнение части практических заданий связанных с вивисекцией и приготовлением изолированных препаратов, требует знания необходимого инструментария, способов наркотизации, обездвижения животных и поддержания жизнедеятельности объектов. В ассортимент препаровальных инструментов (рис. 10) входят: обычные (1) и глазные (2) ножницы с прямыми или изогнутыми браншами, скальпель (3), препаровальная игла (4), зажимы (6, 8), анатомический (7) и глазной пинцеты, булавки (9) для крепления лягушки, стеклянные канюли (11), применяемые в работах с выделенным из организма сердцем, и нитки (10), предназначенные для крепления нервно-мышечного препарата, канюль и наложения лигатур на сердце.

Рис. 10. Инструменты для препаровки.

Любое оперативное вмешательство на животных производится после их предварительного наркотизирования посредством ингаляционного (2% эфир, хлороформ и др.), подкожного, внутривенного, внутримышечного или внутрибрюшинного наркоза с применением хлоралозы, нембутала, гексенала и иных препаратов. Обездвиживания лягушки можно достигнуть и механическими манипуляциями, ведущими к разрушению центральной нервной системы. В одном (бескровном) варианте животное берется в руку так, чтобы большой палец лежал на его спине. Указательный палец кладется на верхнюю челюсть и путем легкого надавливания наклоняет голову вниз. В ямку атланто-затылочного сочленения перпендикулярно вводится препаровальная игла. Путем поворота на 45 градусов она погружается в позвоночный канал и 2-3 вращениями разрушает спинной мозг. Затем игла продвигается в противоположном направлении и разрушает головной мозг. Свидетельством их выключения служит полное расслабление скелетных мышц и исчезновение рефлекторных реакций. При другом способе (кровавом) вначале производится декапитация лягушке. Для этого она помещается в левой руке, а в правой – нижнее лезвие средних ножниц вводится в ротовую полость под заднюю часть верхней челюсти. Быстрым движением она отсекается на уровне заднего конца барабанных перепонок. В обнажившееся отверстие спинномозгового канала вводится препаровальная игла и спинной мозг разрушается.

При работе с лягушками с удаленным головным, но сохраненным спинным мозгом, они фиксируются на пробковой, деревянной или восковой подложке.

Рис.11. Фиксация лягушки на деревянно-пробковой подложке.

При этом животное умеренно растягивается, а в конечности вкалываются булавки в направлении, противоположном движению лапок, дабы последние не скользили по булавкам при подтягивании и не нарушали фиксации.

В опытах с изолированными препаратами с целью поддержания их жизнедеятельности применяют изотонические растворы хлористого натрия: 0,65% для холоднокровных и 0,9% для теплокровных. Они называются физиологическими. Более адекватными являются питательные жидкости усложненного состава, приближающегося к таковому плазмы крови, с рН 7,1 – 7,4. Кроме хлорида натрия они содержат ионы калия, кальция, магния, глюкозу и другие инградиенты. Эти растворы носят имена ученых, предложивших соответствующие прописи. Некоторые из них приводятся в таблице 1.

Таблица 1.

Составы растворов, используемых для поддержания жизнедеятельности изолированных из организма препаратов.

Дата добавления: 2015-01-12 | Просмотры: 658 | Нарушение авторских прав