Физиологични методи на изследване. Физиологията като наука

Методология -набор от манипулации, чието изпълнение осигурява получаване на необходимите резултати в съответствие със задачата.

Аналитико-синтетичен метод на изследване- начин за изучаване на функционирането на тялото холистично, в единството и взаимосвързаността на всички негови компоненти.

Методи на изследване във физиологията

За изучаване на различни процеси и функции на живия организъм се използват методи на наблюдение и експеримент.

Наблюдение -метод за получаване на информация чрез директно, обикновено визуално записване на физиологични явления и процеси, протичащи при определени условия.

Експериментирайте- метод за получаване на нова информация за причинно-следствените връзки между явления и процеси при контролирани и контролирани условия. Остър експеримент е този, който се провежда за относително кратък период от време. Експеримент, който продължава дълго време (дни, седмици, месеци, години), се нарича хроничен.

Метод на наблюдение

Същността на този метод е да се оцени проявата на определен физиологичен процес, функцията на орган или тъкан в естествени условия. Това е първият метод, възникнал в Древна Гърция. В Египет по време на мумифициране труповете се отварят и жреците анализират състоянието на различни органи във връзка с предварително записани данни за пулса, количеството и качеството на урината и други показатели при наблюдаваните от тях хора.

В момента учените, провеждащи наблюдателни изследвания, използват в своя арсенал редица прости и сложни устройства (прилагане на фистули, имплантиране на електроди), което позволява по-надеждно да се определи механизмът на функциониране на органите и тъканите. Например, като наблюдавате дейността на слюнчените жлези, можете да определите колко слюнка се отделя за определен период от деня, нейния цвят, дебелина и т.н.

Наблюдението на явлението обаче не дава отговор на въпроса как се осъществява този или онзи физиологичен процес или функция.

Методът на наблюдение намира по-широко приложение в зоопсихологията и етологията.

Експериментален метод

Физиологичният експеримент е целенасочена интервенция в тялото на животно, за да се установи влиянието на различни фактори върху отделните му функции. Подобна интервенция понякога изисква хирургична подготовка на животното, която може да бъде остра (вивисекция) или хронична (експериментална хирургия) форма. Следователно експериментите се разделят на два вида: остри (вивисекция) и хронични.

Експерименталният метод, за разлика от метода на наблюдение, позволява да се установи причината за изпълнението на даден процес или функция.

Вивисекцияизвършва се в ранните етапи на физиологичното развитие на обездвижени животни без използване на анестезия. Но като се започне от 19 век. При остри експерименти се използва обща анестезия.

Остър експериментима своите предимства и недостатъци. Предимствата включват възможността за симулиране на различни ситуации и получаване на резултати за относително кратко време. Недостатъците включват факта, че при остър експеримент влиянието на централната нервна система върху тялото се изключва, когато се използва обща анестезия и се нарушава целостта на реакцията на тялото към различни влияния. В допълнение, животните често трябва да бъдат евтаназирани след остър експеримент.

Поради това по-късно бяха разработени методи хроничен експеримент, при които се извършва дългосрочно наблюдение на животните след операция и възстановяване на животното.

Академик И.П. Павлов разработи метод за прилагане на фистули върху кухи органи (стомах, черва, пикочен мехур). Използването на техниката на фистулата позволи да се изяснят механизмите на функциониране на много органи. При стерилни условия се извършва хирургична операция на анестезираното животно за достъп до специфичен вътрешен орган, имплантира се фистулна тръба или каналът на жлезата се извежда и зашива към кожата. Същинският експеримент започва след като следоперативната рана е заздравяла и животното се е възстановило, когато физиологичните процеси се нормализират. Благодарение на тази техника стана възможно дълго време да се изучава картината на физиологичните процеси в естествени условия.

Експерименталният метод, подобно на метода на наблюдение, включва използването на проста и сложна съвременна апаратура, инструменти, включени в системи, предназначени да въздействат върху обект и да регистрират различни прояви на жизнената активност.

Изобретяването на кимографа и разработването на метод за графично записване на кръвното налягане от немския учен К. Лудвиг през 1847 г. открива нов етап в развитието на физиологията. Кимографът позволи да се извърши обективен запис на процеса, който се изучава.

По-късно са разработени методи за регистриране на контракциите на сърцето и мускулите (Т. Енгелман) и метод за регистриране на промените в съдовия тонус (плетизмография).

Обективен графична регистрациябиоелектричните явления станаха възможни благодарение на струнния галванометър, изобретен от холандския физиолог Айнтховен. Той е първият, който записва електрокардиограма на фотолента. Графичното записване на биоелектрични потенциали служи като основа за развитието на електрофизиологията. В момента електроенцефалографията се използва широко в практиката и научните изследвания.

Важен етап в развитието на електрофизиологията е изобретяването на микроелектродите. Използвайки микроманипулатори, те могат да бъдат въведени директно в клетка и биоелектричните потенциали могат да бъдат записани. Микроелектродната технология направи възможно дешифрирането на механизмите на генериране на биопотенциали в клетъчните мембрани.

Немският физиолог Дюбоа-Реймонд е основоположник на метода за електрическа стимулация на органи и тъкани чрез индукционна намотка за дозирана електрическа стимулация на живи тъкани. Понастоящем за това се използват електронни стимулатори, които позволяват получаването на електрически импулси с всякаква честота и сила. Електрическата стимулация се превърна във важен метод за изследване на функциите на органите и тъканите.

Експерименталните методи включват много физиологични методи.

Премахване(екстирпация) на орган, например определена ендокринна жлеза, дава възможност да се определи ефектът му върху различни органи и системи на животното. Премахването на различни области от мозъчната кора позволи на учените да определят ефекта им върху тялото.

Съвременният напредък във физиологията се дължи на използването на радиоелектронни технологии.

Имплантиране на електродив различни части на мозъка помогна да се установи дейността на различни нервни центрове.

Въведение радиоактивни изотопив тялото позволява на учените да изследват метаболизма на различни вещества в органи и тъкани.

Томографски методизползването на ядрено-магнитен резонанс е много важно за изясняване на механизмите на физиологичните процеси на молекулярно ниво.

БиохимиченИ биофизичниМетодите помагат за точното идентифициране на различни метаболити в органи и тъкани на животни в нормално и патологично състояние.

Познаването на количествените характеристики на различни физиологични процеси и връзките между тях направи възможно създаването на техните математически модели.С помощта на тези модели се възпроизвеждат на компютър физиологични процеси и се изучават различни варианти на реакция.

Основни методи на физиологичното изследване

Физиологията е експериментална наука, т.е. всички негови теоретични положения се основават на резултатите от експерименти и наблюдения.

Наблюдение

Наблюдениесе използва от първите стъпки в развитието на физиологичната наука. Когато провеждат наблюдение, изследователите предоставят описателен отчет на резултатите. В този случай обектът на наблюдение обикновено се намира в естествени условия без специални въздействия върху него от страна на изследователя. Недостатъкът на простото наблюдение е невъзможността или голямата трудност за получаване на количествени показатели и възприемане на бързи процеси. И така, в началото на 17 век. V. Harvey, след като наблюдава работата на сърцето при малки животни, пише: „Скоростта на сърдечното движение не ни позволява да различим как възникват систола и диастола и следователно е невъзможно да се знае в кой момент и в коя част разширяването и се получава свиване.”

Опит

По-големи възможности от простото наблюдение при изучаването на физиологичните процеси ще бъдат осигурени чрез поставяне експерименти.При извършване на физиологичен експеримент изследователят изкуствено ще създаде условия за идентифициране на същността и моделите на протичане на физиологичните процеси. Дозирани физични и химични ефекти могат да бъдат приложени към жив обект, въвеждане на различни вещества в кръвта или органите и регистриране на отговора на ефектите.

Експериментите във физиологията се делят на остри и хронични. Ефекти върху експериментални животни в остри преживяваниямогат да бъдат несъвместими със запазването на живота на животните, например ефектите от големи дози радиация, токсични вещества, загуба на кръв, изкуствен сърдечен арест, спиране на кръвния поток. Отделни органи могат да бъдат отстранени от животни, за да се изследват техните физиологични функции или за възможността за трансплантация в други животни. За да се запази жизнеспособността, отстранените (изолирани) органи се поставят в охладени физиологични разтвори, които са сходни по състав или поне по съдържание на най-важните минерали в кръвната плазма. Такива разтвори се наричат ​​физиологични. Сред най-простите физиологични разтвори е изотопният 0,9% разтвор на NaCl.

Провеждането на експерименти с изолирани органи е особено популярно в периода 15-ти - началото на 20-ти век, когато се натрупват знания за функциите на органите и техните индивидуални структури. За поставяне на физиологичен експеримент е най-удобно да се използват изолирани органи на хладнокръвни животни, които запазват функциите си за дълго време. По този начин, изолирано жабешко сърце, когато се измие с физиологичен разтвор на Рингер, може да се свие при стайна температура в продължение на много часове и да реагира на различни влияния чрез промяна на характера на свиването. Поради лекотата на приготвяне и важността на получената информация, такива изолирани органи се използват не само във физиологията, но и във фармакологията, токсикологията и други области на медицинската наука. Например, препарат от изолирано сърце на жаба (по метода на Straub) се използва като стандартизиран обект за изследване на биологичната активност при масовото производство на определени лекарства и разработването на нови лекарства.

Въпреки това, възможностите за остър опит са ограничени не само поради етични проблеми, свързани с факта, че животните са изложени на болка и умират по време на експеримента, но и защото изследването често се извършва в нарушение на системните механизми, които регулират потока на физиологичните функции, или в изкуствени условия - извън целия организъм.

Хроничен опитлипсват редица изброени недостатъци. При хроничен експеримент изследването се провежда върху практически здраво животно при условия на минимално въздействие върху него и при запазване на живота му. Преди изследването могат да се извършат операции на животното, за да се подготви за експеримента (имплантират се електроди, образуват се фистули за достъп до кухините и каналите на органите). Експериментите върху такива животни започват след като повърхността на раната е зараснала и са възстановени нарушените функции.

Важно събитие в развитието на физиологичните методи на изследване е въвеждането на графично записване на наблюдаваните явления. Немският учен К. Лудвиг изобретява кимографа и за първи път записва флуктуации (вълни) на артериалното кръвно налягане в остър експеримент. След това са разработени методи за записване на физиологични процеси с помощта на механични зъбни колела (лостове на Engelmann), въздушни зъбни колела (капсула на Marey), методи за записване на кръвоснабдяването на органите и техния обем (плетизмограф на Mosso). Кривите, получени от такива регистрации, обикновено се наричат кимограми.

Физиолозите са изобретили методи за събиране на слюнка (капсули Lashley-Krasnogorsky), които позволяват да се изследва нейният състав, динамиката на образуване и секреция, а впоследствие и ролята й в поддържането на здравето на оралните тъкани и развитието на заболявания. Разработените методи за измерване на силата на натиск на зъбите и нейното разпределение в отделни области на зъбната повърхност позволиха количествено да се определи силата на дъвкателните мускули, естеството на прилягането на дъвкателната повърхност на зъбите на горната част и долни челюсти.

По-широки възможности за изучаване на физиологичните функции на човешкото и животинското тяло се появиха след откриването на електрически токове в живите тъкани от италианския физиолог Л. Галвани.

Регистрирането на електрическите потенциали на нервните клетки, техните процеси, отделни структури или целия мозък позволи на физиолозите да разберат някои от механизмите на функциониране на нервната система на здрав човек и техните нарушения при неврологични заболявания. Тези методи остават сред най-разпространените при изследване на функциите на нервната система в съвременните физиологични лаборатории и клиники.

Записването на електрическите потенциали на сърдечния мускул (електрокардиография) позволи на физиолозите и клиницистите не само да разберат и задълбочено да проучат електрическите явления в сърцето, но и да ги приложат на практика за оценка на работата на сърцето, ранно откриване на неговите нарушения в сърцето заболявания и проследяване на ефективността на лечението.

Регистрирането на електрическите потенциали на скелетните мускули (електромиография) позволи на физиолозите да проучат много аспекти на механизмите на възбуждане и свиване на мускулите. По-специално, електромиографията на дъвкателните мускули помага на зъболекарите да оценят обективно състоянието на тяхната функция при здрав човек и при редица нервно-мускулни заболявания.

Прилагането на външни електрически или електромагнитни въздействия (стимули) с умерена сила и продължителност върху нервната и мускулната тъкан не причинява увреждане на изследваните структури. Това им позволява успешно да се използват не само за оценка на физиологичните реакции на въздействия, но и за лечение (електрическа стимулация на мускули и нерви, транскраниална магнитна стимулация на мозъка).

Въз основа на постиженията на физиката, химията, микроелектрониката, кибернетиката в края на 20 век. създадени са условия за качествено усъвършенстване на методите за физиологични и медицински изследвания. Сред тези съвременни методи, които позволяват да се проникне още по-дълбоко в същността на физиологичните процеси на живия организъм, да се оцени състоянието на неговите функции и да се идентифицират техните промени в ранните стадии на заболяването, се открояват методите за визуализация. Това включва ултразвуково изследване на сърцето и други органи, рентгенова компютърна томография, визуализация на разпределението на краткоживеещите изотопи в тъканите, магнитен резонанс, позитронна емисия и други видове томография.

За успешното използване на физиологичните методи в медицината бяха формулирани международни изисквания, които трябваше да бъдат изпълнени при разработването и въвеждането на физиологични методи за изследване в практиката. Сред тези изисквания най-важните са:

• безопасност на изследването, липса на травма и увреждане на обекта, който се изследва;
• висока чувствителност, скорост на сензори и записващи устройства, възможност за синхронен запис на няколко показателя за физиологични функции;
• възможност за дългосрочно записване на изследваните показатели. Това дава възможност да се идентифицира цикличният характер на физиологичните процеси, да се определят параметрите на циркадните (циркадни) ритми и да се идентифицира наличието на пароксизмални (епизодични) нарушения на процесите;
• съответствие с международните стандарти;
• малките размери и тегло на устройствата позволяват провеждането на изследвания не само в болницата, но и у дома, по време на работа или спортуване;
• използването на компютърните технологии и постиженията на кибернетиката за запис и анализ на получените данни, както и за моделиране на физиологични процеси. При използване на компютърни технологии времето, изразходвано за запис на данни и математическа обработка, рязко намалява и става възможно извличането на повече информация от получените сигнали.

Но въпреки редица предимства на съвременните методи за физиологично изследване, правилността на определяне на показателите на физиологичните функции до голяма степен зависи от качеството на обучение на медицинския персонал, от познаването на същността на физиологичните процеси, характеристиките на сензорите и принципите на работа на използваните устройства, способността да работите с пациент, да му давате инструкции, да наблюдавате напредъка на тяхното изпълнение и да коригирате действията на пациента.

Резултатите от еднократни измервания или динамични наблюдения, извършени от различни медицински специалисти на един и същи пациент, не винаги съвпадат. Следователно проблемът за повишаване на надеждността на диагностичните процедури и качеството на изследванията остава.

Качеството на изследването се характеризира с точност, коректност, сходимост и възпроизводимост на измерванията.

Количествената характеристика на физиологичния показател, определена по време на изследването, зависи както от истинската стойност на параметъра на този показател, така и от редица грешки, въведени от устройството и медицинския персонал. Тези грешки се наричат аналитична променливост.Обикновено се изисква аналитичната променливост да не надвишава 10% от измерената стойност. Тъй като истинската стойност на индикатора за едно и също лице може да се промени поради биологични ритми, метеорологични условия и други фактори, терминът в рамките на индивидуалните вариации.Разликата в един и същ показател сред различните хора се нарича междуиндивидуални вариации.Извиква се съвкупността от всички грешки и колебания на един параметър тотална променливост.

Функционален тест

Важна роля за получаване на информация за състоянието и степента на увреждане на физиологичните функции принадлежи на така наречените функционални тестове. Вместо термина „функционален тест“ често се използва „тест“. Извършване на функционални изследвания – тестване. В клиничната практика обаче терминът „тест“ се използва по-често и в малко по-разширен смисъл от „функционален тест“.

Функционален тествключва изследване на физиологични показатели в динамика, преди и след извършване на определени въздействия върху тялото или произволни действия на субекта. Най-често използвани са функционалните тестове с дозирано физическо натоварване. Извършват се и входни тестове, които разкриват промени в положението на тялото в пространството, напрежение, промени в газовия състав на вдишания въздух, прилагане на лекарства, загряване, охлаждане, изпиване на определена доза алкален разтвор и много други показатели.

Най-важните изисквания за функционалните тестове включват надеждност и валидност.

Надеждност -способност за извършване на теста със задоволителна точност от полуквалифициран специалист. Високата надеждност е присъща на сравнително прости тестове, чието изпълнение е малко повлияно от околната среда. Признават се най-надеждните тестове, отразяващи състоянието или количеството на резервите на физиологичната функция справка, стандартили референтни.

Концепция валидностотразява пригодността на тест или метод за предназначението му. Ако се въведе нов тест, неговата валидност се оценява чрез сравняване на резултатите, получени с помощта на този тест, с резултатите от предишни признати референтни тестове. Ако нововъведеният тест ви позволява да намерите правилните отговори на въпросите, зададени по време на тестването, в по-голям брой случаи, тогава този тест има висока валидност.

Използването на функционални тестове драстично увеличава диагностичните възможности само ако тези тестове се извършват правилно. Адекватният им подбор, прилагане и тълкуване изискват от медицинските работници задълбочени теоретични познания и достатъчен опит в изпълнението на практическата работа.

Методи за физиологично изследване

Наблюдението като метод на физиологично изследване. Сравнително бавното развитие на експерименталната физиология през двата века след работата на В. Харви се обяснява с ниското ниво на производство и развитие на естествените науки, както и с несъвършенството на изучаването на физиологичните явления чрез обичайното им наблюдение. Тази методологична техника беше и остава причина за множество грешки, тъй като експериментаторът трябва да провежда експерименти, да вижда и помни много сложни процеси и явления, което е трудна задача. За трудностите, създавани от метода на простото наблюдение на физиологичните явления, красноречиво свидетелстват думите на Харви: „Скоростта на сърдечните движения не позволява да се разграничи как възникват систола и диастола и следователно е невъзможно да се знае в кой момент и в коя част се получава разширяване и свиване. Наистина не можех да различа систола от диастола, тъй като при много животни сърцето се появява и изчезва в миг на окото, със скоростта на светкавица, така че ми се стори, че веднъж е имало систола, а тук е диастола, а друг път времето беше обратното. Във всичко има разлика и объркване.”

Наистина, физиологичните процеси са динамични явления. Те непрекъснато се развиват и променят, така че е възможно директно да се наблюдават само 1-2 или в най-добрия случай 2-3 процеса. За да се анализират обаче, е необходимо да се установи връзка между тези явления и други процеси, които остават незабелязани с този метод на изследване. В резултат на това простото наблюдение на физиологичните процеси като изследователски метод е източник на субективни грешки. Обикновено наблюдението ни позволява да установим само качествената страна на явленията и прави невъзможно тяхното количествено изследване.

Важен крайъгълен камък в развитието на експерименталната физиология е изобретяването на кимографа и въвеждането на метода за графично записване на кръвното налягане от немския учен Карл Лудвиг през 1847 г.

Графично регистриране на физиологични процеси. Графичният метод на запис бележи нов етап във физиологията. Това направи възможно извършването на обективен запис на процеса, който се изучава, свеждайки до минимум възможността за субективни грешки. В този случай експериментът и анализът на изследваното явление може да се проведе на два етапа. По време на самия експеримент задачата на експериментатора беше да получи качествени записи – криви – килограми. Анализът на получените данни може да се извърши по-късно, когато вниманието на експериментатора вече не се разсейва от експеримента. Графичният метод на запис дава възможност да се записват едновременно (синхронно) не един, а няколко физиологични процеса.

Съвсем скоро след изобретяването на метода за записване на кръвното налягане бяха предложени методи за записване на съкращението на сърцето и мускулите (Engelman), беше въведена техниката за предаване на въздух (капсулата на Marey), която направи възможно записването, понякога на значително разстояние от обекта, редица физиологични процеси в тялото: дихателни движения на гръдния кош и корема, перисталтика и промени в тонуса на стомаха, червата и др. Предложен е метод за регистриране на промените в съдовия тонус (плетизмография на Мосо ), обемът на различни вътрешни органи - онкометрия и др.

Изследване на биоелектрични явления. Изключително важно направление в развитието на физиологията бе белязано от откриването на „животинското електричество“. Л. Галвани показа, че живите тъкани са източник на електрически потенциали, които могат да действат върху нервите и мускулите на друг организъм и да предизвикат мускулна контракция. Оттогава, в продължение на почти век, единственият индикатор за потенциали, генерирани от живи тъкани (биоелектрични потенциали), беше нервно-мускулен препарат на жаба. Той помогна за откриването на потенциалите, генерирани от сърцето по време на неговата дейност (опитът на Kölliker и Müller), както и необходимостта от непрекъснато генериране на електрически потенциали за постоянно свиване на мускулите (опитът на „вторичния тетанус” на Matteucci). Стана ясно, че биоелектричните потенциали не са случайни (странични) явления в дейността на живите тъкани, а сигнали, с помощта на които се предават „команди” в тялото към нервната система и от нея към мускулите и другите органи. Така живите тъкани взаимодействат с помощта на „електрически език“.

Беше възможно да се разбере този „език“ много по-късно, след изобретяването на физически устройства, които улавяха биоелектрични потенциали. Едно от първите подобни устройства беше обикновен телефон. Забележителният руски физиолог Н. Е. Введенски, използвайки телефон, откри редица от най-важните физиологични свойства на нервите и мускулите. С помощта на телефона беше възможно да се слушат биоелектричните потенциали, тоест да се изучават чрез наблюдение. Значителна стъпка напред беше изобретяването на техника за обективен графичен запис на биоелектрични явления. Холандският физиолог Айнтховен изобретява струнен галванометър - устройство, което позволява да се записват върху фотолента електрическите потенциали, възникващи по време на дейността на сърцето - електрокардиограма (ЕКГ). В нашата страна пионерът на този метод беше най-големият физиолог, ученик на И. М. Сеченов и И. П. Павлов, А. Ф. Самойлов, който работи известно време в лабораторията на Айнтховен в Лайден.

Електрокардиографията от физиологичните лаборатории много скоро се премести в клиниката като перфектен метод за изследване на състоянието на сърцето и много милиони пациенти днес дължат живота си на този метод.

Последващият напредък в електрониката направи възможно създаването на компактни електрокардиографи и телеметрични методи за наблюдение, което направи възможно записването на ЕКГ и други физиологични процеси при астронавти в ниска околоземна орбита, при спортисти по време на състезания и при пациенти в отдалечени райони, откъдето се предава информация по телефонни кабели до големи специализирани институции за цялостен анализ.

Обективният графичен запис на биоелектричните потенциали послужи като основа за най-важния клон на нашата наука - електрофизиологията. Голяма крачка напред е предложението на английския физиолог Адриан да се използват електронни усилватели за записване на биоелектрични явления. В. Я. Данилевски и В. В. Правдич-Немински първи записват биотокове в мозъка. По-късно този метод е подобрен от немския учен Бергер. Понастоящем електроенцефалографията се използва широко в клиниката, както и графично записване на електрически потенциали на мускули (електромиография), нерви и други възбудими тъкани и органи. Това даде възможност да се извърши фина оценка на функционалното състояние на органите и системите. За развитието на физиологията тези методи също са от голямо значение: те позволяват да се дешифрират механизмите на дейност на нервната система и други органи и тъкани, механизмите за регулиране на физиологичните процеси.

Важен крайъгълен камък в развитието на електрофизиологията беше изобретяването на микроелектродите, т.е. най-тънките електроди, чийто диаметър на върха е равен на части от микрона. Използвайки микроманипулатори, тези електроди могат да бъдат вкарани директно в клетката и биоелектричните потенциали могат да бъдат записани вътреклетъчно. Микроелектродната технология направи възможно дешифрирането на механизмите на генериране на биопотенциали - процеси, протичащи в клетъчните мембрани. Мембраните са най-важните образувания, тъй като чрез тях се осъществяват процесите на взаимодействие на клетките в тялото и отделните елементи на клетката помежду си. Науката за функциите на биологичните мембрани - мембранологията - се превърна във важен клон на физиологията.

Методи за електростимулация на органи и тъкани. Важен крайъгълен камък в развитието на физиологията беше въвеждането на метода за електрическа стимулация на органи и тъкани. Живите органи и тъкани са способни да реагират на всякакви въздействия: термични, механични, химични и др. Електростимулацията по своята същност е близка до „естествения език“, с помощта на който живите системи обменят информация. Основател на този метод е немският физиолог Дюбоа-Реймонд, който предлага своя прочут „шейнен апарат” (индукционна бобина) за дозирана електрическа стимулация на живи тъкани.

Понастоящем за това се използват електронни стимулатори, които позволяват получаването на електрически импулси с всякаква форма, честота и сила. Електрическата стимулация се превърна във важен метод за изследване на функциите на органите и тъканите. Този метод се използва широко в клиниката. Разработени са дизайни на различни електронни стимулатори, които могат да бъдат имплантирани в тялото. Електрическата стимулация на сърцето се е превърнала в надежден начин за възстановяване на нормалния ритъм и функции на този жизненоважен орган и е върнала на работа стотици хиляди хора. Успешно се използва електрическа стимулация на скелетните мускули и се разработват методи за електрическа стимулация на области на мозъка с помощта на имплантирани електроди. Последните с помощта на специални стереотактични устройства се въвеждат в строго определени нервни центрове (с точност до части от милиметъра). Този метод, пренесен от физиологията в клиниката, позволи да се излекуват хиляди неврологични пациенти и да се получи голямо количество важни данни за механизмите на човешкия мозък (Н. П. Бехтерева).

В допълнение към записването на електрически потенциали, температура, налягане, механични движения и други физически процеси, както и резултатите от ефектите на тези процеси върху тялото, химичните методи се използват широко във физиологията.

Химични методи на изследване във физиологията. „Езикът“ на електрическите сигнали не е единственият в тялото. Химическото взаимодействие на жизнените процеси (вериги от химични процеси, протичащи в живите тъкани) също е често срещано. Поради това възниква област на химията, която изучава тези процеси - физиологична химия. Днес тя се превърна в самостоятелна наука - биологична химия, разкриваща молекулярните механизми на физиологичните процеси. В експериментите физиолозите широко използват методи, възникнали в пресечната точка на химията, физиката и биологията, което от своя страна породи нови клонове на науката, например биологичната физика, която изучава физическата страна на физиологичните явления.

Физиологът използва широко радионуклидни методи. Съвременните физиологични изследвания използват и други методи, заимствани от точните науки. Те дават наистина безценна информация при количествения анализ на механизмите на физиологичните процеси.

Електрически запис на неелектрични величини. Днес значителният напредък във физиологията е свързан с използването на радиоелектронни технологии. Използват се сензори - преобразуватели на различни неелектрични явления и величини (движение, налягане, температура, концентрация на различни вещества, йони и др.) в електрически потенциали, които след това се усилват от електронни усилватели и се записват от осцилоскопи. Разработени са огромен брой различни видове такива записващи устройства, които позволяват записването на много физиологични процеси на осцилоскоп и въвеждането на получената информация в компютър. Редица устройства използват допълнителни ефекти върху тялото (ултразвук или електромагнитни вълни и др.). В такива случаи се записват стойностите на параметрите на тези ефекти, които променят определени физиологични функции. Предимството на такива устройства е, че преобразувателят-сензор може да се монтира не върху изследвания орган, а върху повърхността на тялото. Вълните, излъчвани от апарата, проникват в тялото и след като бъдат отразени от изследвания орган, се записват от сензора. Този принцип се използва например за изграждане на ултразвукови разходомери, които определят скоростта на кръвния поток в съдовете; реографите и реоплетизмографите регистрират промени в електрическото съпротивление на тъканите, което зависи от кръвоснабдяването на различни органи и части на тялото. Предимството на такива методи е възможността за изследване на тялото по всяко време без предварителни операции. Освен това подобни изследвания не вредят на хората. Повечето съвременни методи за физиологични изследвания в клиниката се основават на тези принципи. В Русия инициаторът на използването на радиоелектронни технологии за физиологични изследвания е академик В. В. Парин.

Остър експериментален метод. Прогресът на науката се определя не само от развитието на експерименталната наука и изследователските методи. Това до голяма степен зависи от еволюцията на мисленето на физиолозите, от развитието на методологични и методологични подходи за изследване на физиологичните явления. От началото до 80-те години на миналия век физиологията остава аналитична наука. Тя разделя тялото на отделни органи и системи и изучава тяхната дейност изолирано. Основната методологична техника на аналитичната физиология бяха експериментите върху изолирани органи. Освен това, за да получи достъп до всеки вътрешен орган или система, физиологът трябваше да се занимава с вивисекция (разрез на живо). Такива експерименти се наричат ​​също остри експерименти.

Опитното животно е вързано за машина и е извършена сложна и болезнена операция. Беше тежка работа, но науката не знаеше друг начин да проникне дълбоко в тялото. Не е само моралната страна на проблема. Жестоките изтезания и непоносимите страдания, на които е подложено животното, грубо нарушават нормалното протичане на физиологичните явления и не позволяват да се разбере същността на процесите, протичащи в тялото в естествени условия, нормално. Използването на анестезия и други методи за облекчаване на болката не помогна значително. Фиксиране на животното, излагане на наркотични вещества, операция, загуба на кръв - всичко това напълно промени и наруши нормалното функциониране на тялото. Образува се порочен кръг. За да се изследва конкретен процес или функция на орган или система, е необходимо да се проникне дълбоко в тялото, а самият опит за такова проникване нарушава нормалното протичане на физиологичните процеси, за чието изследване е предприет експериментът. В допълнение, изследването на изолирани органи не дава представа за истинската им функция в условията на пълен, неувреден организъм.

Метод на хроничен експеримент. Най-голямата заслуга на руската наука в историята на физиологията беше, че един от нейните най-талантливи и ярки представители, И. П. Павлов, успя да намери изход от тази задънена улица. И. П. Павлов болезнено осъзнаваше недостатъците на аналитичната физиология и острото експериментиране. Той намери начин да погледне дълбоко в тялото, без да наруши целостта му. Това беше метод на хронично експериментиране, проведено на базата на „физиологична хирургия“.

Върху упоено животно в стерилни условия първо се извършва сложна операция за достъп до един или друг вътрешен орган, прави се „прозорец“ в кухия орган, имплантира се фистулна тръба или се извежда и зашива каналът на жлезата. кожата. Самият експеримент започна много дни по-късно, когато раната зарасна, животното се възстанови и по отношение на естеството на физиологичните процеси практически не се различаваше от нормалното, здраво. Благодарение на приложената фистула беше възможно дълго време да се изследва хода на определени физиологични процеси при естествени поведенчески условия.

Физиологията е наука, която изучава механизмите на функциониране на тялото във връзката му с околната среда (това е наука за жизнената дейност на организма), физиологията е експериментална наука и основните методи на физиологичната наука са експерименталните методи. Но физиологията като наука възниква в рамките на медицината още преди нашата ера в Древна Гърция в училището на Хипократ, когато основният метод на изследване е методът на наблюдение. Физиологията възниква като самостоятелна наука през 15 век благодарение на изследванията на Харви и редица други естествени учени, а от края на 15 и началото на 16 век основният метод в областта на физиологията е експерименталният метод. И.Н. Сеченов и И.П. Павлов има значителен принос в развитието на методологията в областта на физиологията, по-специално в развитието на хроничния експеримент.

Литература:

1. Човешка физиология. Косицки

2. Корбков. Нормална физиология.

3. Зимкин. Човешка физиология.

4. Физиология на човека, изд. Покровски V.N., 1998

5. Физиология на БНД. Коган.

6. Физиология на човека и животните. Коган. 2 т.

7. Изд. Ткаченко П.И. Човешка физиология. 3 т.

8. Изд. Ноздрочева. Физиология. Общ курс. 2 т.

9. Изд. Кураева. 3 тома.Преведен учебник? човешката физиология.

Метод на наблюдение- най-древният, възникнал в Др. Гърция, беше добре развит в Египет, на др. Изток, в Тибет, в Китай. Същността на този метод е дългосрочно наблюдение на промените във функциите и състоянието на тялото, записване на тези наблюдения и, ако е възможно, сравняване на визуалните наблюдения с промените в тялото след аутопсия. В Египет, по време на мумифициране, труповете са били отваряни, наблюденията на свещеника върху пациента: промени в кожата, дълбочина и честота на дишане, естеството и интензивността на отделянето от носа, устната кухина, както и обемът и цвета на урината , неговата прозрачност, количеството и естеството на екскретираните изпражнения, неговият цвят, пулс и други показатели, които се сравняват с промените във вътрешните органи, са записани на папирус. По този начин, вече чрез промяна на отделяните от тялото изпражнения, урина, храчки и др. възможно е да се прецени дисфункцията на определен орган, например, ако изпражненията са бели, е възможно да се предположи дисфункция на черния дроб; ако изпражненията са черни или тъмни, тогава е възможно да се предположи стомашно или чревно кървене . Допълнителни критерии включват промени в цвета и тургора на кожата, подуване на кожата, нейния характер, цвят на склерата, изпотяване, треперене и др.

Хипократ включва природата на поведението сред наблюдаваните признаци. Благодарение на внимателните си наблюдения той формулира учение за темперамента, според което цялото човечество се разделя на 4 типа според поведенческите характеристики: холерик, сангвиник, флегматик, меланхолик, но Хипократ прави грешка във физиологичната основа на типовете. Те основават всеки тип на съотношението на основните телесни течности: сангви - кръв, флегма - тъканна течност, холея - жлъчка, меланхолея - черна жлъчка. Научната теоретична основа за темпераментите е дадена от Павлов в резултат на дългосрочни експериментални изследвания и се оказа, че в основата на темперамента не е съотношението на течностите, а съотношението на нервните процеси на възбуждане и инхибиране, степента на тяхното тежестта и преобладаването на един процес над друг, както и степента на замяна на един процес с други.

Методът на наблюдение се използва широко във физиологията (особено в психофизиологията) и в момента методът на наблюдение се комбинира с метода на хроничния експеримент.

Експериментален метод. Физиологичният експеримент, за разлика от простото наблюдение, е целенасочена намеса в текущото функциониране на тялото, предназначена да изясни естеството и свойствата на неговите функции, техните връзки с други функции и с факторите на околната среда. Също така интервенцията често изисква хирургична подготовка на животното, която може да има: 1) остра (вивисекция, от думата vivo - живо, sekcia - сек, т.е. разрязване на живо), 2) хронична (опитно-хирургична) форма.

В тази връзка експериментът е разделен на 2 вида: остър (вивисекция) и хроничен. Физиологичният експеримент ви позволява да отговорите на въпросите: какво се случва в тялото и как се случва.

Вивисекцията е форма на експеримент, извършван върху обездвижено животно. Вивисекцията е използвана за първи път през Средновековието, но започва да се въвежда широко във физиологичната наука през Ренесанса (XV-XVII век). По това време упойката е била неизвестна и животното е било здраво фиксирано с 4 крайника, докато е преживявало мъчения и е издавало сърцераздирателни писъци. Експериментите са проведени в специални помещения, които хората нарекоха „дяволски“. Това е причината за възникването на философски групи и движения. Анимализъм (тенденции, насърчаващи хуманно отношение към животните и застъпващи се за прекратяване на жестокостта към животните; анимализмът се насърчава в момента), витализъм (застъпва се, че не са провеждани експерименти върху неанестезирани животни и доброволци), механизъм (идентифицирани процеси, протичащи правилно в животни с процеси в неживата природа, виден представител на механизма е френският физик, механик и физиолог Рене Декарт), антропоцентризъм.

В началото на 19 век анестезията започва да се използва при остри експерименти. Това доведе до нарушаване на регулаторните процеси от страна на висшите процеси на централната нервна система, в резултат на което се нарушава целостта на реакцията на организма и връзката му с външната среда. Това използване на анестезия и хирургично преследване по време на вивисекция въвежда неконтролирани параметри в остър експеримент, които е трудно да се вземат предвид и предскажат. Острият експеримент, както всеки експериментален метод, има своите предимства: 1) вивисекцията е един от аналитичните методи, позволява да се симулират различни ситуации, 2) вивисекцията позволява да се получат резултати за сравнително кратко време; и недостатъци: 1) при остър експеримент съзнанието се изключва при използване на анестезия и съответно се нарушава целостта на реакцията на тялото, 2) връзката на тялото с околната среда се нарушава при използване на анестезия, 3) в липса на анестезия има освобождаване на хормони на стреса и ендогенни (продуцирани) хормони, които са неадекватни на нормалното физиологично състояние.вътре в тялото) морфиноподобни вещества ендорфини, които имат аналгетичен ефект.

Всичко това допринесе за развитието на хроничен експеримент - дългосрочно наблюдение след остра интервенция и възстановяване на взаимоотношенията с околната среда. Предимства на хроничния експеримент: тялото е възможно най-близо до условията на интензивно съществуване. Някои физиолози считат недостатъците на хроничния експеримент за това, че резултатите се получават за относително дълъг период от време.

Хроничният експеримент е разработен за първи път от руския физиолог I.P. Павлов и от края на 18 век се използва широко във физиологичните изследвания. В хроничния експеримент се използват редица методически техники и подходи.

Методът, разработен от Павлов, е метод за прилагане на фистули върху кухи органи и органи, които имат отделителни канали. Основателят на метода на фистулата беше Басов, но при прилагане на фистула по неговия метод съдържанието на стомаха влезе в епруветката заедно с храносмилателни сокове, което затрудни изследването на състава на стомашния сок, етапите на храносмилането, скоростта на храносмилателния процес и качеството на отделения стомашен сок за различните хранителни състави.

Фистули могат да се поставят върху стомаха, каналите на слюнчените жлези, червата, хранопровода и др. Разликата между фистулата на Павлов и тази на Басов е, че Павлов поставя фистулата върху „малка камера“, изкуствено направена по хирургичен път и запазваща храносмилателната и хуморалната регулация. Това позволи на Павлов да идентифицира не само качествения и количествения състав на стомашния сок за приетата храна, но и механизмите на нервната и хуморалната регулация на храносмилането в стомаха. В допълнение, това позволи на Павлов да идентифицира 3 етапа на храносмилането:

1) условен рефлекс - с него се отделя апетитен или "запалителен" стомашен сок;

2) фаза на безусловен рефлекс - стомашен сок се отделя върху постъпващата храна, независимо от нейния качествен състав, т.к. в стомаха има не само хеморецептори, но и нехеморецептори, които реагират на обема на храната,

3) чревна фаза - след като храната попадне в червата, храносмилането се засилва.

За работата си в областта на храносмилането Павлов е удостоен с Нобелова награда.

Хетерогенни невроваскуларни или невромускулни анастенози.Това е промяна в ефекторния орган в генетично обусловената нервна регулация на функциите. Провеждането на такива анастенози позволява да се идентифицира липсата или наличието на пластичност на неврони или нервни центрове в регулацията на функциите, т.е. може ли седалищният нерв с останалата част от гръбначния стълб да контролира дихателните мускули.

При невроваскуларните анастенози ефекторните органи са кръвоносните съдове и съответно разположените в тях хемо- и барорецептори. Анастенозите могат да се извършват не само на едно животно, но и на различни животни. Например, ако извършите невроваскуларна анастеноза при две кучета в каротидната зона (разклонение на дъгата на каротидната артерия), тогава можете да идентифицирате ролята на различни части на централната нервна система в регулирането на дишането, хемопоезата и съдовата тон. В този случай режимът на вдишвания въздух се променя в долното куче, а регулирането се вижда в другото.

Трансплантация на различни органи. Реплантация и отстраняване на органи или различни части от мозъка (екстирпация).В резултат на отстраняването на даден орган се създава хипофункция на една или друга жлеза; в резултат на презасаждането се създава ситуация на хиперфункция или излишък на хормони на една или друга жлеза.

Екстирпацията на различни части на мозъка и кората разкрива функциите на тези части. Например, когато малкият мозък беше отстранен, се разкри ролята му в регулирането на движението, поддържането на позата и статокинетичните рефлекси.

Премахването на различни области от мозъчната кора позволи на Бродман да картографира мозъка. Той разделя кората на 52 полета според функционалните области.

Метод за трансекция на главния гръбначен мозък.Позволява ни да идентифицираме функционалното значение на всеки отдел на централната нервна система в регулирането на соматичните и висцералните функции на тялото, както и в регулирането на поведението.

Имплантиране на електрони в различни части на мозъка.Позволява ви да идентифицирате активността и функционалното значение на определена нервна структура в регулирането на функциите на тялото (моторни функции, висцерални функции и умствени). Електродите, имплантирани в мозъка, са направени от инертни материали (т.е. трябва да са упойващи): платина, сребро, паладий. Електродите позволяват не само да се идентифицира функцията на определена област, но и, напротив, да се регистрира в коя част на мозъка се появява потенциал (VT) в отговор на определени функционални функции. Микроелектродната технология дава възможност на човек да изучава физиологичните основи на психиката и поведението.

Имплантиране на канюли (микро).Перфузията е преминаването на разтвори с различен химичен състав през нашия компонент или наличието на метаболити в него (глюкоза, PVA, млечна киселина) или съдържанието на биологично активни вещества (хормони, неврохормони, ендорфини, енкефамини и др.). Канюлата ви позволява да инжектирате разтвори с различно съдържание в една или друга област на мозъка и да наблюдавате промени във функционалната активност от двигателната система, вътрешните органи или поведението и психологическата активност.

Микроелектродната технология и конулацията се използват не само при животни, но и при хора по време на мозъчни операции. В повечето случаи това се прави с диагностична цел.

Въвеждане на белязани атоми и последващо наблюдение на позитронно-емисионен томограф (PET).Най-често се прилага ауроглюкоза, маркирана със злато (злато + глюкоза). Според образния израз на Грийн, универсалният донор на енергия във всички живи системи е АТФ, а по време на синтеза и ресинтезата на АТФ основният енергиен субстрат е глюкозата (ресинтезът на АТФ може да възникне и от креатин фосфат). Следователно количеството консумирана глюкоза се използва за преценка на функционалната активност на определена част от мозъка, неговата синтетична активност.

Глюкозата се консумира от клетките, но златото не се използва и се натрупва в тази област. За синтетичната и функционалната активност се съди по различното активно злато и неговото количество.

Стереотактични методи.Това са методи, при които се извършват хирургични операции за имплантиране на електроди в определена област на мозъка в съответствие със стереотаксичния матлас на мозъка, последвано от регистриране на разпределените бързи и бавни биопотенциали, с регистриране на евокирани потенциали, както и регистрация на ЕЕГ и миограма.

При поставяне на нови цели и задачи едно и също животно може да се използва за продължително наблюдение, промяна на подреждането на микроелементите или перфузия на различни области на мозъка или органи с различни разтвори, съдържащи не само биологично активни вещества, но и метатолити, енергия субстрати (глюкоза, креотин фосфат, АТФ).

Биохимични методи.Това е голяма група техники, с помощта на които се определя нивото на катиони, аниони, нейонизирани елементи (макро и микроелементи), енергийни вещества, ензими, биологично активни вещества (хормони и др.) В циркулиращите течности, тъкани , а понякога и органи. Тези методи се прилагат или in vivo (в инкубатори), или в тъкани, които продължават да секретират и синтезират произведени вещества в инкубационната среда.

Биохимичните методи позволяват да се оцени функционалната активност на определен орган или част от него, а понякога и на цяла органна система. Например, нивото на 11-OCS може да се използва за преценка на функционалната активност на zona fasciculata на надбъбречната кора, но нивото на 11-OCS може също да се използва за преценка на функционалната активност на хипоталамо-хипофизно-надбъбречната система. . Като цяло, тъй като 11-OX е крайният продукт на периферната част на надбъбречната кора.

Методи за изследване на физиологията на БНД.Умствената работа на мозъка дълго време остава недостъпна за естествените науки като цяло и за физиологията в частност. Най-вече защото е съдена по чувства и впечатления, т.е. използвайки субективни методи. Успехът в тази област на знанието се определя, когато умствената дейност (MAP) започва да се оценява с помощта на обективния метод на условните рефлекси с различна сложност на развитие. В началото на 20 век Павлов разработва и предлага метод за развитие на условни рефлекси. Въз основа на тази техника са възможни допълнителни методи за изследване на свойствата на VNI и локализирането на VNI процесите в мозъка. От всички техники най-често използваните са следните:

Тестване на възможността за формиране на различни форми на условни рефлекси (към височината на звука, цвета и др.), което ни позволява да преценим условията на първичното възприятие. Сравнението на тези граници при животни от различни видове позволява да се разкрие в каква посока е тръгнала еволюцията на сетивните системи на вътрешната нервна система.

Онтогенетично изследване на условните рефлекси. При изучаване на сложното поведение на животни от различни възрасти е възможно да се установи какво в това поведение е вродено и какво е придобито. Например Павлов е взел кученца от едно кучило и е хранил едни с месо, а други с мляко. След достигане на зряла възраст той развива у тях условни рефлекси и се оказва, че при тези кучета, които са получавали мляко от детството, са развити условни рефлекси към мляко, а при тези кучета, които са хранени с месо от детството, условните рефлекси се развиват лесно към месо . По този начин кучетата нямат строго предпочитание към вида месоядна храна, основното е тя да е пълноценна.

Филогенетично изследване на условните рефлекси.Сравнявайки свойствата на условнорефлексната дейност на животни на различни нива на развитие, може да се прецени в каква посока върви еволюцията на БНД. Например, оказа се, че скоростта на образуване на условни рефлекси варира рязко от безгръбначни и гръбначни, променя се сравнително леко през цялата история на развитието на гръбначните животни и рязко достига способността на човек незабавно да свързва съвпадащи събития (отпечатване), отпечатването е също така характерни за птиците за размножаване (патетата, излюпени от яйца, могат да следват всеки обект: пиле, човек и дори движеща се играчка. Преходите между безгръбначни животни - гръбначни животни, гръбначни животни - хора отразяват повратните точки на еволюцията, свързани с появата и развитие на VND (при насекомите нервната система е от неклетъчен тип, при коелентерните - от ретикуларен тип, при гръбначните - тръбен тип, при птиците се появяват балистични ганглии, някои причиняват високо развитие на условно рефлекторна дейност. При хората, мозъчната кора е добре развита, което причинява състезания.

Екологично изследване на условните рефлекси.Потенциалът за действие, който възниква в нервните клетки, участващи в образуването на рефлексни връзки, позволява да се идентифицират основните връзки на условния рефлекс.

Особено важно е, че биоелектронните индикатори позволяват да се наблюдава образуването на условен рефлекс в структурите на мозъка още преди да се появи в двигателните или автономните (висцерални) рефлекси на тялото. Директното стимулиране на нервните структури на мозъка позволява провеждането на моделни експерименти за образуването на нервни връзки между изкуствени огнища на възбуждане. Също така е възможно директно да се определи как се променя възбудимостта на участващите в него нервни структури по време на условен рефлекс.

Фармакологично действие при формиране или промяна на условни рефлекси. Чрез въвеждането на определени вещества в мозъка е възможно да се определи какъв ефект оказват те върху скоростта и силата на формиране на условни рефлекси, върху способността за преработване на условния рефлекс, което позволява да се прецени функционалната мобилност на централната нервна система, както и върху функционалното състояние на кортикалните неврони и тяхната работа. Например, установено е, че кофеинът осигурява образуването на условни рефлекси, когато работата на нервните клетки е висока, а когато тяхната ефективност е ниска, дори малка доза кофеин прави възбудата непоносима за нервните клетки.

Създаване на експериментална патология на условнорефлекторната дейност. Например, хирургично отстраняване на темпоралните дялове на мозъчната кора води до умствена глухота. Методът на екстирпация разкрива функционалното значение на областите на кората, подкорието и мозъчния ствол. По същия начин се определя локализацията на кортикалните краища на анализаторите.

Моделиране на процеси на условнорефлексна дейност. Павлов привлича и математици, за да изрази с формула количествената зависимост на образуването на условен рефлекс от честотата на неговото затвърждаване. Оказа се, че при повечето здрави животни, включително хора, условният рефлекс се развива при здрави хора след 5 подсилвания с безусловен стимул. Това е особено важно при отглеждането на служебни кучета и в цирка.

Сравнение на психологическите и физиологичните прояви на условния рефлекс. Подкрепете доброволното внимание, полета, ефективността на ученето.

Сравнение на психологически и физиологични прояви с биоелементи и морфологични с биокинетични:производство на протеини на паметта (S-100) или области на биологично активни вещества при формирането на условни рефлекси. Доказано е, че ако се въведе вазопресия, условните рефлекси се развиват по-бързо (вазопресията е неврохормон, произвеждан в хипоталамуса). Морфологични промени в структурата на неврон: гол неврон при раждане и с денурити при възрастен.

Лабораторен урок №1

Предмет:Методи за екстирпация и презасаждане

Мишена:Въведение в методите за екстирпация и реплантация на паращитовидни жлези. Моделиране на хипо- и хиперпаратироидизъм.

Оборудване:лабораторни животни (5 плъха), електрокоагулатор, пинсета, ножица, скалпел, йод, игли за зашиване на кожата, шевен материал, операционна маса, етер за анестезия, фуния.

Напредък

Работа 1.Моделиране на дефицит на паратироиден хормон при плъхове.

Дефицитът на паратироиден хормон се създава чрез отстраняване на двете паращитовидни жлези с помощта на електрохирургичен високочестотен апарат EKh-30. Принципът на работа на устройството е следният: поради високочестотен ток тъканите бързо се нагряват и съдържанието на клетките се изпарява. Устройството работи в 2 режима: „рязане“ и „коагулация“. Отстраняването на жлезите става в режим на коагулация с тънък електрод d, приблизително равен на размера на паращитовидната жлеза. За коагулация на жлезите е достатъчен контакт за 1-1,5 s. В режим на рязане жлезите могат да бъдат екстилирани. Предимствата на коагулацията в сравнение с екстилацията на паращитовидната жлеза са, че загубата на кръв се елиминира и тъканта на щитовидната жлеза не се уврежда. Следоперативният период е 2 седмици.

работа 2.Моделиране на излишък на паратироидни хормони при плъхове.

За моделиране на хиперпаратироидизъм е използван методът за трансплантация на PTG. Същността на метода е да се трансплантират реципиентни плъхове под кожата на шията на 3 двойки паращитовидни жлези от 3 донорни плъхове. Донорните плъхове трябва да имат приблизително същото тегло като реципиентния плъх.

При донори под етерна анестезия се прави кожен разрез в областта на предната част на шията с дължина 2-3 cm, поради което мускулите се раздалечават тъпо, което прави достъпна паращитовидната жлеза. В това състояние донорният плъх се поставя под фуния, докато етерната анестезия продължава. Преди операцията реципиентното животно се фиксира по гръб върху хирургическата маса, както при плъховете донори се прави кожен разрез с дължина 2-3 cm в областта на предната плътност на шията. Тогава? Със скалпел са направени 6 плитки разреза в подкожната тъкан, които са служили като своеобразни клетки за трансплантирана паращитовидна жлеза. След това паращитовидната жлеза бързо се отрязва от 3 донорни плъха и се поставя в подготвени разрези в реципиентния плъх. Кожният разрез на реципиента беше зашит с хирургическа коприна и обработен с йод. В следващите дни беше извършен оглед на оперативната рана. Пълното зарастване на раната се наблюдава след 7-8 дни. Трансплантираните паращитовидни жлези се вкореняват добре. Този модел на загуба на парата. хормони ви позволява да осигурите денонощно увеличение в кръвта поради естествената парата. хормон.

Задание за самостоятелна работа.

Наблюдавайте състоянието на оперираните животни до пълно зарастване на раната и повторното им включване в експеримента.

След 2 седмици определете нивото на общия калций в оперираните животни, което индиректно показва функционалната активност на паращитовидната жлеза и с-клетките на щитовидната жлеза, както и нивото на 11-OCS, което се променя както в отговор на стресови хирургични ефекти и в отговор на дисфункция на паращитовидната жлеза (по-точно на нарушение на калциевата хомеостаза).

Лабораторен урок №2

Работа 1.Двустранна оофоректомия.

За да се изследват електрогените в адаптивната активност на тялото, женски плъхове бяха подложени на двустранна овариектомия. Операцията се извършва в съответствие с препоръките, изложени в ръководството Bunok, 1968 г.

Животните се анестезират с етер и се фиксират на операционната маса в легнало положение. Козината на корема от гръдната кост до срамната област се отрязва и кожата се третира със спирт. Със скалпел, внимателно, за да не се повредят червата, се прави надлъжен разрез с дължина 4-5 cm по линията на нараняване на корема. След като намерихме десния или левия рог на матката, изследвайки го по-нататък по яйцепровода, намираме яйчника. Поставяме лигатура върху горната част на яйцепровода и връзката, поддържаща яйчника, след което я отрязваме с ножица. Вторият яйчник беше отстранен по същия начин. След това мускулите и краят се зашиват и шевът се третира с 5% йодна тинктура.

След операцията животните се поставят в чиста клетка, а раната се третира ежедневно с дезинфектанти през първите 4-5 дни. Раната зарасна за 8-10 дни.

Работа 1.Едностранна адреналектомия.

Да се ​​моделира дефицитът на ендогенни глюкокортикоиди при животни, подложени на АЕ (адреналектомия).

Хирургичното отстраняване на една надбъбречна жлеза е извършено по метода, представен в ръководството на Kabak Y.M. Операцията е извършена под етерна анестезия. Плъхът беше фиксиран на операционната маса в легнало положение. Косата отляво на гръбначния стълб е отрязана и хирургичното поле е обработено с йод. Разрезът на кожата и мускулите е направен на разстояние 1 cm вляво от гръбначния стълб, 1,5 cm надолу от ребрената дъга. След това малкият мускулен разрез беше разширен с куки. Надбъбречната жлеза, заедно със заобикалящата я мастна тъкан и съединителнотъканна връв, се хваща с анатомична пинсета и се отстранява. Оперативната рана е зашита на слоеве.

В следоперативния период всяка рана се третира ежедневно с антисептични средства. Оздравяването настъпи след 5-7 дни.

Заключение: Оварио- и адреналектомията едновременно доведоха до рязко намаляване на адаптивните възможности на животното поради хормонален дисбаланс (хипофункцията на надбъбречните жлези доведе до хипокартицизъм и хипоестрагения) и смъртта му на 9-ия ден след операцията.

Лабораторен урок №3

Предмет:Методи за прилагане на лекарства на лабораторни животни. Методи за изпитване.

Мишена:Запознайте се с методологичните техники и методи за прилагане на фармацевтични продукти и различни видове орални и парентерални натоварвания на лабораторни животни.

Оборудване:спринцовки за орално, мускулно и перентерално приложение, лекарствени вещества или зареждане с вода, 2 фунии с капачки, 2 епруветки за събиране на урина (мирни), 2 памперса, разтвор на петуитрин (съдържа антидиуретичния хормон - вадопресин), физиологичен разтвор, дестилирана вода.

Напредък

Работа 1.Влиянието на водата и хиперсоматичното натоварване върху диурезата. Ефектът на антидиуретичния хормон върху диурезата.

Претеглете плъховете и запишете телесното тегло. След това дайте на плъховете вода чрез орално приложение. За да направите това, окачете плъха „нежно“ на статив, повийте го и изтеглете топла вода (37 o C) в спринцовка, свързана със сонда, в размер на 5% от телесното тегло. Като държите плъха вертикално, поставете сондата в устата и внимателно я натиснете в стомаха, докато спре, след което водата постепенно се изцежда от спринцовката. След това един плъх се инжектира с петуитрин в размер на 20 ml на 100 g телесно тегло. След това и двата плъха се поставят във фунии и урината се събира в продължение на 1 час. Петуитрин се прилага интрамускулно. За целта главата на плъха се хваща за скалпа и се държи с една ръка едновременно, както чука, така и опашката на плъха, като се старае плъхът да докосва повърхността на масата с всичките си 4 лапи и размерите му да съответстват на физиологични измерения. С втората ръка се прави инжекция в бедрото (мускулите), докато задният крак се държи заедно с опашката.

Заключение: Без петуитрин: 1,2 ml, с петуитрин 0,7 ml, т.е. Петуитрин насърчава задържането на вода в тялото.

Метод на парентерално приложение.Използва се, когато въведените вещества трябва да навлязат възможно най-бързо в общия кръвен поток и в случаите, когато обемът на приложените лекарства надвишава дозите, разрешени за интрамускулно приложение. При парентерален начин на приложение обемът може да достигне 5 cm3. За предпочитане е маслените разтвори на лекарствени вещества да се прилагат парентерално.

При парентералния начин на приложение животното се държи с главата надолу, не трябва да се оставя да се движи рязко в огънато положение. За целта животното се фиксира за главата с форцепс, а за опашката с ръце. С помощта на анатомични пинсети или малка щипка Kocher, стената на коремната кухина се изтегля назад, докато коремните органи се спускат надолу, след това пробивам коремната стена, като фиксирам 2 пробиви: 1 през кожата, 2 през мускулната стена на перитонеум. След това лекарството се инжектира в коремната кухина. Доказателство за правилното приложение на лекарството в коремната кухина е липсата на усложнения в коремната област и активното състояние на животното след инжектирането, при условие че се прилагат ненаркотични вещества. С една пункция инжекцията ще бъде подкожна.

Лабораторен урок №4

Предмет:Биологични методи за изследване.

Мишена:Запознаване с методите за биологично изследване на функционалната активност на хипоталамо-хипофизно-надбъбречната система.

Оборудване:хипофизна жлеза на реципиентния плъх, хипоталамус на реципиентния плъх, донорен плъх, реактиви, необходими за приготвяне на екстракта от хипофизната жлеза и хипоталамуса, форцепс, форцепс Кохер, спринцовка за интравенозно приложение, ножица, хепарин, епруветки за вземане на кръв, статив , торсионна везна, водна баня, термометър, етер за анестезия.

Напредък

Работа 1.Определяне на съдържанието на кортикотропин в хипофизната жлеза.

Обещанието на метода се крие в определянето на увеличението на обема на 11-OX в кръвната плазма на реципиентни плъхове. След като ги инжектирате с изпитаните екстракти от хипофизната жлеза. За да се определи съдържанието на кортикотропин, първо се изгражда осцилаторна крива.

Техника на определяне: хипофизната жлеза се претегля на торсионна везна и се поставя в кутия с безводен ацетон за 10 дни. След това хипофизната жлеза се претегля и старателно се смила в 100 ml ледена оцетна киселина. Пръчката се изплаква със същото количество оцетна киселина. След това чашата се поставя във водна баня и се изпарява при 70°С в продължение на 30 минути. Полученият екстракт се разрежда в 2 ml двоен дестилат и се неутрализира с 1 моларен NaHC03, след което се разрежда до необходимата маса с разтвор на Krebs-Ringer, съдържащ бикарбонат и глюкоза. При разреждането на хипофизните екстракти се взема предвид, че един плъх реципиент трябва да бъде инжектиран със 100 μg ацетониран прах.

Биологичното изследване за определяне съдържанието на кортикотропин в хипофизната жлеза за предпочитане се извършва върху мъжки плъхове. В деня преди експеримента, на плъховете се инжектира подкожно преднизаон със скорост 6 mg на 100 g телесно тегло. Посочената доза кортикостероид, съгласно принципа на обратната връзка, блокира хипофизно-надбъбречната система на реципиентните плъхове, спирайки ендогенната секреция на кортикотропин. Ден по-късно се определя нивото на 11-OX в кръвната плазма при плъхове. Необходимото количество хипофизен екстракт се прилага интравенозно и 1 час по-късно нивото на 11-OX се определя отново след прилагане на тестовите хипофизни екстракти на реципиентни плъхове. С помощта на кривата “логаритъм на ефекта на дола” се определя съдържанието на кортикотропин в хипофизната жлеза на опитен плъх в мед/100 mg тъкан.

Лабораторен урок №5

Предмет:Биохимични методи във физиологията.

Урок 1.Определяне на 11-OX в кръвна плазма.

Мишена:определяне на промяната в обема на 11-OX в кръвната плазма след излагане на хирургическа интервенция във физиологичен експеримент.

Методология: 1. Вземете 1-1,5 ml кръв от животното (от опашната вена или бедрената вена);

2. Центрофугирайте кръвта за 10 минути при 2000 rpm;

3. Отделете плазмата от образуваните елементи и я прехвърлете в епруветка с шлифована запушалка. Трябва да има 1 ml плазма или да се увеличи до това количество с бидестилат.

4. Добавете 6 ml хексан към епруветката и разклатете за 20 s. Това премахва холестерола от плазмата. Отстранете отработения хексан с помощта на водоструйна помпа.

5. Добавете хлороформ 10 ml, разклатете за 1 минута. В този случай кортикостероидите се разтварят в хлороформ. Отстранете останалата плазмена фракция с помпа.

6. Измийте екстракта с 0,1 М разтвор на NaOH, като добавите по 1 ml. Разклатете за 1 минута и отстранете с водоструйна помпа.

8. След това вземете 8 ml от екстракта и го прехвърлете в чиста, суха епруветка с шлайфана запушалка.

9. Добавете 6 ml смес от абсолютен алкохол (етилов) с H 2 SO 4 към екстракта, който може да издържи теста в Sawamo. Съотношението на алкохол и киселина е 1:3 (3 алкохола и 1 киселина). Разклатете за 1 минута и оставете на студено място на топло за час. В този случай кортикостероидите се разтварят в смес от киселина и алкохол. След това се определя обемът на 11-OX с помощта на спектрофотометър "Квант".

Оборудване:двоен комплект епруветки с шлифована запушалка, стелажи, центрофужни епруветки, водоструйна помпа, 3 пипети по 1 мл, 2 пипети по 10 мл, 1 пипета по 6 мл.

Реактиви: бидестилат, хексан, 0,1 разтвор на NaOH, хлороформ, 100% етилов алкохол, H 2 SO 4 по Sawamo (100%).

Методи за изследване на емоционалния статус при плъхове

1. Тест на открито поле

Латентен период на излизане от централния площад, брой кръстосани линии, вертикални стойки, изследвани дупки, измиване, дефекация. Продължителността на латентния период на напускане на централния квадрат и броят на кръстосаните линии бяха използвани за преценка на двигателната активност, броят на вертикалните стълбове и изследваните дупки беше използван за обозначаване на изследователска дейност, броят на измиванията показваше емоционалното състояние и броят на движенията на червата се използва за преценка на тревожността.

2. Мултипараметричен метод за определяне на тревожно-фобичния статус на плъхове

Мишена:оценка на комплексните характеристики на индивидуалното ниво на тревожност и фобия на животното.

Методология:Изследването се провежда на открито при електрическо осветление от 3000 лукса в определено време.

Тест 1. Латентен период на слизане от височина. Този тест се използва за оценка на интензивното защитно поведение при плъхове. Плъховете се поставят върху молив, направен от непрозрачен материал с размери 20x14x14 cm и се отбелязва времето на спускане от молива, когато плъхът докосне полето с всичките си 4 лапи.

Тест 2. Латентен период на преминаване през отвора. Плъхът се поставя в прозрачен моливник, разделен напречно на 2 отделения с отвор 7х10 см в преградата. Действието се счита за завършено, когато плъхът се качи в отделение 2 с двете си лапи. Ако има колебание при извършване на действие, гледане в дупка или започнало, но незавършено прехвърляне на резултата с 0,5 точки.

Тест 3. Време е да напуснете къщата. Животното се поставя в къщичка от прозрачен плексиглас 16х15х12 см и изходът се затваря с капак за 15 минути. Отброяването на времето започва от момента на отваряне на изхода. В тестове 1-3, плъхът се връща от експерименталната настройка не по-рано от 20 минути след извършване на съответното действие или след изтичане на времето за тестване (180 s), в случай че действието не е извършено. Интервалите между тестовете са минимум 15 минути.

Тест 4. Излезте от центъра на откритото поле. Този тест ви позволява да идентифицирате реакции на страх, свързани с намаляване на двигателната активност. Тестването започва с поставяне на плъха в центъра на полето и от този момент се записва времето, през което животното посещава 4-те централни квадрата.

За тестове 1-4 бяха дадени оценки по скалата:

Тест 5. Вдигане. Оценка на функционирането на реакцията на повдигане спонтанно и по време на рязка промяна в осветеността в среда на открито. 180 s след като животното е поставено в осветеното поле, осветлението се променя рязко: ярката светлина се изключва и обикновена лампа се включва за 60 s, след което осветлението се възстановява. По време на 300 s наблюдение беше определено измереното разстояние в квадрати, на което животното се отдръпна. Без промяна 0 точки, половин квадрат - 1 точка, до 2 квадрата - 2 точки, повече от 2 квадрата - 3 точки.

Тест 6. Вдигане-2. Опитът на експериментатора да вземе животното. Оценени също.

Тест 7. Отговор на вокализация.

Тест 8. Реакция на скриване. Животното замръзва в напрегнато положение на изправени лапи или, притискайки се към пода, понякога със сплескани уши и затворени очи.

Тест 9. Притискане на ухото.

Тестове 6-9 се провеждат чрез постепенно приближаване на ръката на експериментатора от страната на муцуната, така че плъхът да вижда ръката. Приближаването на ръката към животното се извършва 2-3 пъти подред. степен:

0 б. – никаква реакция

1 б. – реакция при поглаждане

2 б. – реакция при приближаване на ръка

3б. – реакцията продължава след отстраняване на ръката

Ако има спонтанни реакции на тестове 7-9, се добавят допълнителни 3 точки за всеки. След това изчислихме общия резултат за всички тестове, който беше използван за преценка на общото ниво на тревожност (интегриран индекс на тревожност IPT).

Заключение за глюкозата: след построяване на калибровъчна крива (която се определя от 10 стандартни размера) се установи, че опитното животно съдържа 42 mmom (l глюкоза) в кръвта.

Изучаването на физиологичните механизми на поведението на животните е най-интензивно развиващата се област на знанието, която у нас традиционно се нарича физиология на висшата нервна дейност. Интересът към тази наука се е увеличил значително през последните десетилетия, преди всичко поради нуждите от техническо моделиране на мозъчни системи и процеси, обединени под понятието изкуствен интелект. Естествено, науката за мозъчните механизми на поведение и самата психика се обогатява с кибернетични идеи и се формират нови области на изследване - бионика, неврокибернетика и др.

ИЗУЧАВАНЕ НА ФИЗИОЛОГИЧНИТЕ ОСНОВИ НА ПОВЕДЕНИЕТО

Еволюцията на видовете е резултат от подобрена адаптация към променящите се условия на околната среда.Висшите организми могат да съществуват само в сравнително тесен диапазон от физически (температура, радиация, гравитация) и химични (доставяне на метаболити, електролити и вода, състав на атмосферата) фактори, които се определят от генетично определени морфологични и метаболитни свойства. Статичните форми на адаптация се допълват от постоянно променящи се динамични адаптации на организма към околната среда. Това поведение, в най-широкия смисъл на думата, се основава на регулирането на метаболитната активност като цяло и на контрола на специфични изпълнителни системи в частност. Мускулите и жлезите са най-важните изпълнителни органи, които осигуряват почти всички форми на поведение във висшите организми. Тялото е оборудвано с различни рецептори, способни да възприемат свойствата на околната среда и да ги трансформират в значима информация. Поведението се определя от средата и се медиира от централни механизми, които оценяват постъпващата информация и формират най-подходящите реакции.

Основната цел на поведението е да осигури оцеляването на индивид или вид.Поведенческите актове могат да бъдат условно разделени на апетитни реакции,насочени към постигане на необходимите външни условия (например съхранение или ядене на храна, чифтосване) и при реакции с обратен знак,включително бягствоили избягване на вредни фактори(напр. температура, радиация, механични повреди), често се образуват фактори на околната среда непрекъснатост,определен диапазон, който животното предпочита, докато друг диапазон избягва. Животното се движи през многоизмерен градиент от фактори на околната среда, за да оптимизира общата сума от възприемани влияния (например, когато достъпът до храна може да бъде получен само при неблагоприятни температурни диапазони или при оптимални или дори вредни механични влияния).

Такивамоделът на взаимоотношения между организмите и околната среда предполага съществуването хипотетични централни държави(Например, стимули, мотивация),които задействат и поддържат специфични форми на поведение. Предполага се, че тялото има модел на оптимални вътрешни (и външни) състояния и че всяко поведение се оценява постоянно в зависимост от намаляването или увеличаването на несъответствието между този модел и действителното състояние. Значимите условия на околната среда, към които се стреми организмът, са атрактивни стимули итези, които се избягват) са аверсивни стимули.Модификация и контрол на поведението (оперативно кондициониране)чрез представяне на привлекателни стимули или елиминиране на отблъскващи стимули се наричат, съответно, положителенили отрицателно подсилване.Комбинацията от определено поведение с аверсивни стимули се нарича наказаниеи води до потискане на това поведение.

Освен да отговорим на въпроса защо животното действа, също толкова важно е да разберем как действа. Рефлексната теория, предложена от Декарт през 17-ти век, повлиява мисленето на физиолозите и психолозите и остава важна отправна точка за съвременната неврофизиология. Основният поведенчески репертоар е твърдо свързан в определени невронни мрежи, които свързват определен отговор (безусловен отговор - UR) с определен стимул (безусловен стимул - BS). Тези вродена(не се придобива по време на обучение) реакциисе допълват придобити (условни) реакциикъм първоначално неутрални стимули, които при многократни комбинации с БР се превръщат в условни стимули (КС), т.е. сигнали за пространствено и/или времево сближаване на БР (Павлов, 1927).

Ако вроденото поведение отразява генетично кодирани реакции, придобити през поколенията чрез процеса на естествен подбор, тогава индивидуално придобитото поведение е свързано с преживявания, записани в паметта на тялото. Последователността от външни и/или вътрешни събития, в които животното участва, може да причини повече или по-малко трайни промени в неговата нервна система, които са в основата на отговора на преди това неефективни стимули. Съответният процес, наречен обучение,води до натрупване на опит под формата на паметови следи (енграми), извличането на които влияе върху поведението на животното. Уменията, които вече не отговарят на новите условия, се изтриват, а уменията, които не са били използвани дълго време, могат да бъдат забравени.

Взаимодействието между организма и околната среда може да бъде различно, което съответства на определени форми на поведение. Ако отговорно поведениесе състои от реакции, причинени от дискретни стимули, например болка, храна, тогава оперантното поведение може да бъде стимулирано от вътрешни нужди и се състои от спонтанна проява на различни реакции, които в крайна сметка водят до желана промяна в околната среда (например получаване на достъп до храна ) .

Такива форми придобито поведениеподчертават разликите между класическото и инструменталното кондициониране: в първия случай САЩ, като правило, предизвиква същата реакция като BS (слюноотделяне, причинено от акустичните САЩ относно представянето на храната). Наличието или отсъствието на условна реакция, разработена според класическия тип, не влияе върху вероятността от използване на BS. Инструменталните реакции обикновено се различават значително от съответните безусловни реакции; с помощта на инструментални реакции се отваря достъп до атрактивни стимули или, обратно, животното избягва аверсивни стимули (например натискане на лост, подсилено от храна, избягване на болезнени стимули чрез скачане ). Обикновено инструменталното кондициониране засяга двигателните реакции на скелетните мускули, докато класическото кондициониране е ограничено до автономни функции, изпълнявани от висцерални мускули и жлези. Има обаче много изключения от това правило.

В традиционната психология на стимул-отговор (напр., както е предложено от Скинър (1938)), поведенческият анализ се състои от установяване на система от правила, свързващи входните условия (стимули) с изходните условия (отговор). По този начин не се вземат предвид процесите, които се предполагат в нервните центрове или хипотетичните механизми на концептуалния мозък. Въпреки че подходът на черната кутия е допринесъл значително за нашето разбиране за ролята на околната среда в контролирането на поведението, той е добавил малко познания за вътрешната структура и функцията на тази черна кутия, мозъка, като за преобразувател или посреднически орган между входа и изход. Последното е областта на изследване на специалисти - физиолози и психолози, както и сферата на различни специални дисциплини (неврофизиология, фармакология, неврохимия), които са включени в комплекса от невронауки. В неврофизиологията е постигнат значителен напредък в анализа на простите безусловни рефлекси на гръбначния мозък. Разбирането на рефлекса на разтягане или флексия е толкова подробно, че е възможно точно да се проследи разпространението на аферентния поток от импулси от дорзалните корени в гръбначния мозък до образуването на еферентния залп във вентралните корени. Концепцията за условен рефлекс (КР), въведена от Павлов, ни позволява да приложим същия аналитичен подход към класическите условни рефлекси. Въпреки това дори най-простите SD все още не позволяват откриването на решаващата пластмасова връзка, отговорна за превключването на US потока към BR пътя. Невронните механизми, включени в оперантното кондициониране (инструментални условни рефлекси), са еднакво неясни.

Основните методи за изследване на невронните механизми на поведение са аблация, стимулация, електрически запис и химичен анализ. Например:

(Локация нервни структури, отговорен за определено поведение, може да се определи чрез максималното отстраняване на области от мозъка, при които това поведение продължава, и/или чрез минималното отстраняване, при което то изчезва. Функционалната блокада на нервните центрове може да послужи за същата цел.

(B) Невронният субстрат на реакция може да бъде анализиран чрез намиране на областта и оптималните параметри на електрическа и химическа стимулация, които причиняват същата реакция.

(B) Електрическата активност, придружаваща поведенчески акт, може да отразява процеси, важни за неговото изпълнение. Електрофизиологичните методи могат да се използват за идентифициране на разпространението на аферентни импулси в мозъка, активността, предшестваща появата на външен отговор, или за корелиране на вероятността и/или големината на поведенчески и електрически отговор.

(D) Активирането и възможната модификация на невронните вериги, причинени от обучението, могат да бъдат отразени в локални промени в метаболизма на невротрансмитери, нуклеинови киселини и протеини.

Неврофизиологичните изследвания са насочени към отчитане на динамиката на поведението и пространствено-времевата организация на мозъчната дейност. Придобиването на нов опит, водещ до формирането на енграма (обучение), може да се осъществи с участието на невронни мрежи, различни от тези, участващи в последващото възпроизвеждане на записаното преживяване. Мястото, където се натрупва информация, може да бъде точката на сближаване на отделни механизми за запис и четене. Ефективността на придобиването на опит и възпроизвеждането му зависи от фактори като ниво на будност, мотивация и емоции. Всички тези променливи трябва да бъдат взети под внимание, когато се обясняват поведенческите промени, предизвикани от стимулиране и прекъсване, и се обяснява връзката между поведенческите, електрическите или биохимичните промени. Много е трудно да се разграничат специфични механизми, които са общи за цял клас реакции (например, апетитни и отблъскващи).

Общото описание на невронните структури, участващи в различни форми на поведение, е предпоставка за подробно изследване на клетъчните и молекулярни промени, които са в основата на пластичните пренареждания на невронните мрежи. Наличните електрофизиологични, неврохимични и морфологични микрометоди напълно отговарят на това изискване, при условие че се използват в подходящия момент и в съществени връзки. Създаването на подходящ поведенчески модел, подходящ за ефективно прилагане на микрометодите, е предпоставка за по-нататъшен бърз напредък. Междувременно изследванията се концентрират върху функционалната организация на невронните мрежи, участващи в различни процеси, като сензорна обработка, мотивация, формиране на следи от паметта, местоположение на енграма и т.н.

Планиране на експерименти

За планиране на експерименти е необходимо да се познават принципите и тактиката на изследването, научният подход, които се формират най-добре чрез директното провеждане на експерименти. Тази книга е практическо ръководство за провеждане на експерименти. Предполага се, че читателят е запознат с основните принципи на статистиката. Въвеждащи практически съвети за провеждане на експерименти в поведенческата физиология могат да бъдат намерени в Sidowski и Lockard (1966) и Weiner (1971). Следва кратко описание, предназначено да ориентира учениците към някои от сложните въпроси, свързани с проектирането и провеждането на експерименти.

Предимството на лабораторното изследване пред натуралистичното наблюдение е, че изследователят може да контролира условията на експеримента, т.е. да установи прецизен контрол върху т.нар. независими променливиза идентифициране на тяхното влияние върху зависими променливи.Зависимите променливи във физиологичната психология могат да бъдат всяка поведенческа или физиологична характеристика, докато независимите променливи са условия, които се контролират от експериментатора и понякога се налагат на организма. Условията означават директна намеса(отстраняване на части от мозъка, неговото стимулиране или употребата на различни лекарства), промяна на околната среда(температура и светлина), промени в графика на подсилване, трудности при учене, продължителност на лишаване от храна или фактори като възраст, пол, генетична линияи т.н.

За да се сведе до минимум погрешното тълкуване на експериментите поради трудността да се разграничат ефектите от експерименталните интервенции от ефектите на други променливи, е необходимо да се въведе контролни процедури.Например, когато се тества ефективността на определена процедура (независимата променлива), се използва контролна група. В идеалния случай контролната група се изследва по същия начин като експерименталната група, като се изключва влиянието на изследвания фактор, в името на който е планиран самият експеримент. Едно и също животно може да се използва както в контрола, така и в експеримент, ако например е необходимо да се сравни поведението му преди и след отстраняване на части от мозъка. Друга често срещана контролна процедура, чиято цел е да намали едновременното влияние на променливите, е балансираното прилагане на различни въздействия върху едно и също животно (например инжекции на различни лекарства или различни дози от едно и също лекарство). Друга важна точка на контрол е произволното разпределение на животните в различни групи. Това се прави най-добре с помощта на таблица с произволни числа, която е дадена в много книги по статистика (простото улавяне на животни от клетка за формиране на група не е подходящо, тъй като най-слабите или най-пасивните животни ще бъдат уловени първи).

Поради възможни грешки или променливост на резултатите, получени поради неконтролирани променливи, измерванията обикновено се повтарят и средно аритметичноили медиана размер.Повтарящите се измервания включват множество наблюдения на едни и същи животни, или едно наблюдение на много животни, или и двете. Колкото по-голяма е вероятността от грешки или флуктуации, дължащи се на някои неизвестни или неконтролирани променливи, толкова по-вероятно е повтарящите се измервания да се различават и по този начин променливостта на измерванията около средната стойност ще бъде по-голяма. Статистически анализобикновено се използва за оценка на значимостта на наблюдаваните разлики между експериментални и контролни групи или експериментални условия. Например, разликата между две средни стойности традиционно се счита за значителна (т.е. не се дължи на случайност), когато има поне 95 от 100 вероятност разликата да е действително вярна.

Научният анализ, независимо дали се основава на натуралистични наблюдения или лабораторни експерименти, разчита на измервания за количествено определяне на наблюденията. Така нареченото ниво на измерване определя кои аритметични операции могат да се прилагат към числата, което впоследствие определя използването на подходящи статистически методи. Изследователят трябва да вземе предвид нивото на измерванията и да предвиди естеството на статистическата обработка на резултатите още при планирането на експерименти, тъй като тези съображения ще помогнат за разрешаването на проблема с точността на измервателните уреди и необходимия брой експерименти.

Необходимо е да се разграничат четири общи нива на измерване или оценка: номинално, обикновено, интервално и корелативно. Най-ниското ниво е номинален,където символи като букви или цифри се използват просто за класифициране на обекти или явления. В този случай броят на измерванията, попадащи в различни класове при експериментални и контролни условия, се сравнява с помощта на биномна статистика.Ако е възможно да подредим наблюденията така, че да са в някаква връзка едно с друго (например „повече от“, „по-малко от“ и т.н.), тогава ще имаме работа с обикновен мащаб.Ако освен това е възможно да се открият интервали между числата в такъв мащаб, тогава ще имаме работа с интервална скала,който има произволна нулева точка (както в случая на температурна скала). Ако скалата също има истинска нулева точка в началото, като скалите за височина и маса, тогава ще бъде достигнато най-високото ниво на измерване, т.е. относителен мащаб.Параметрите, измерени с номинална или обикновена скала, се обработват с помощта на непараметрична статистика(напр. χ 2 -est (Connover, 1971; Siegel, 1956)), докато данните, измерени на интервални и съотношителни скали, обикновено се обработват с помощта на параметрични статистически методи(напр. t-тестове) (ако различни допускания за параметрите на популацията, от която е взет примерът, отговарят на данните). Параметрите на популацията, подложени на непараметрични статистически процедури, не е задължително да отговарят на определени условия, като например нормално разпределение. Следователно тези процедури се използват широко в експерименти във физиологичната психология, където измерванията обикновено се извършват на рутинно ниво и размерът на извадката често е малък. Планът за провеждане на експериментите, описани в тази книга, включва сравнение на експериментални и контролни данни. За такива данни, получени от независими събития, полезна непараметрична статистика е U-gest Манна - Уитни.Когато се използва друг експериментален дизайн, животното служи като контрола за себе си, както в случая на сравняване на поведението преди и след прилагане на лекарство и когато части от мозъка са отстранени. Стандартният непараметричен оценител за такива данни, получени в присъствието на свързани събития, е тестът за спрегнати двойки от рангове със знак на Wilcoxon(Siegel, 1956). Освен това се използват непараметрични методи за анализ на данни, получени от повтарящи се текстове, от които се изграждат криви на обучение и криви на реактивност (Krauth, 1980).

В тази книга плъховете се използват като опитни животни за повечето от експериментите. За подробна информация относно общите лабораторни процедури, включително грижата и манипулирането на животни, особено плъхове, читателите се насочват към трудовете на Бейкър и др. (1979), Ферис (1957) и Гудман и Ойлман (1957). 1975), Lane-Petteret et al. (1967), Leonard (1968), Myers (1971a), Munn (1950) и Short и Woodnott (Short

и Woodnott, 1969).

Щамовете плъхове, които най-често се използват в поведенческите изследвания, са щамовете Long-Evans с качулка; бели линии на Sprague-Dawley и Wistar. За да получите и сравните резултатите, е препоръчително да използвате стандартни линии. Въпреки това, степента на обобщаемост на резултатите може да зависи от използването на множество редове (както и видове).

За провеждане на експерименти върху животни е необходимо те да се поддържат чисти, удобни и безопасни от болести. Това може да бъде постигнато чрез спазване на подробни стандарти за настаняване, хранене, хигиена, следоперативни грижи (виж препратките по-горе) и познаване на често срещаните болести по животните (Myers, 1971 a; Short и Woodnott, 1969).

Повечето поведенчески експерименти причиняват дискомфорт при животните, независимо дали е причинен от лишаване от храна, използване на централна или периферна аверсивна стимулация, прилагане на лекарства или просто вдигане на животното във въздуха. Експериментаторът трябва постоянно да помни това и да се опитва, ако е възможно, да намали дискомфорта на опитното животно.

Следват насоки за провеждане на тестове върху животни, които са част от раздела „Принципи за използване на животни“ от Ръководството за безвъзмездни средства и договори на Националния институт по здравеопазване от 1978 г.:

„1. Експериментите, които използват живи гръбначни животни и тъкани от живи организми за изследване, трябва да се извършват под наблюдението на квалифицирани учени по биология, физиология или медицина.

2. Настаняването, грижите и храненето на всички опитни животни трябва да бъдат под надзора на квалифициран ветеринарен лекар или друг учен, компетентен по тези въпроси.

3. Изследванията по своето естество трябва да произвеждат полезни резултати в полза на обществото и не трябва да бъдат произволни или безполезни.

4. Експериментът трябва да се основава на познаване на изследваното заболяване или проблем и да е проектиран така, че очакваните резултати да оправдават неговото прилагане.

5. Статистически анализ, математически модели или биологични системи в витро трябва да се използват, ако адекватно допълват резултатите от изпитването върху животни и намаляват броя на използваните животни.

6. Експериментите трябва да се провеждат по такъв начин, че да не подлагат животното на ненужно страдание или нараняване.

7. Ученият, който отговаря за експеримента, трябва да е готов да прекрати експеримента, ако той/тя прецени, че продължаването на експеримента би причинило ненужно нараняване или страдание на животните.

8. Ако самото преживяване причинява повече дискомфорт на животното, отколкото анестезията, тогава е необходимо да доведете животното (чрез използването на анестезия) до състояние, в което то не усеща болка, и да поддържате това състояние до края на експеримента или процедурата завършен. Единствените изключения са случаите, когато анестезията може да навреди на целта на експеримента и данните не могат да бъдат получени по друг начин, освен чрез провеждане на такива експерименти. Такива процедури трябва да бъдат внимателно наблюдавани от ръководството или друг квалифициран висш персонал.

9. Грижата за животното след експеримента трябва да сведе до минимум дискомфорта и ефектите от травмата, причинена на животното в резултат на експеримента, в съответствие с приетата ветеринарномедицинска практика.

10. Ако е необходимо да се убие опитно животно, то това се прави по такъв начин, че да се постигне моментална смърт. Никое животно не трябва да бъде унищожавано, докато не настъпи смърт."

Почти всички поведенчески и неврологични тестове, описани в следващите глави, изискват работа с животни. Животното трябва да бъде приучено към тази процедура няколко дни преди началото на експеримента. Такова манипулиране включва изваждане на животното от клетката на ръка, поставяне на масата, нежно го галене и преместване от едно място на друго. С течение на времето животните престават да се съпротивляват на подобни процедури, ако се извършват внимателно.

Не дръжте животното за опашката и се опитайте да не хващате кожата или да оказвате прекалено голям натиск върху животното. По-добре е да вземете животното отзад под лопатките, като поставите палеца под единия преден крайник, а останалите пръсти под втория крайник. Силата на захващане на животното трябва да съответства на степента на неговата устойчивост. Ако животното се държи така, че предните му крайници да се кръстосват, то няма да може да хапе.

Когато се използват често, лабораторните плъхове стават доста опитомени и лесни за контрол. Препоръчително е да използвате асистент за прилагане на лекарствата, докато експериментаторът използва втората ръка, за да разтегне задните крайници на животното. С достатъчно практика интраперитонеалните инжекции могат да се извършват самостоятелно, като се хващат задните крайници на плъха и едновременно с това се инжектира с другата ръка.

Полезно е да се успокои животното преди инжектиране; За да направите това, трябва да хванете животното, както е описано по-горе, и след това бавно да го завъртите напред-назад в широка дъга.

Използвайки обичайния метод маркировкиплъхове включва правене на процепи или дупки в ушите на животното, докато то е под упойка. Ушите на животното са тънки и не кървят много. Предпочитаният метод е да се маркират тялото и опашката с някакво биологично багрило, като жълто пикринова киселина или червено карбофуксин. Тази двоична система позволява индивидуално кодиране на 63 плъха. (Ако използвате няколко плъха, кодирайте ги само с четни числа, тъй като това намалява броя на необходимите дупки или белези.)

ОБОРУДВАНЕ И МЕТОДИ ЗА ИЗУЧАВАНЕ НА ФИЗИОЛОГИЧНИТЕ ФУНКЦИИ

Успехите на съвременната физиология в изучаването на функциите на целия организъм, неговите системи, органи, тъкани и клетки до голяма степен се дължат на широкото въвеждане в практиката на физиологичните експерименти на електронно оборудване, анализиращи устройства и електронни компютри, както и биохимични и фармакологични методи на изследване. През последните години във физиологията качествените методи бяха допълнени с количествени, което дава възможност да се определят изследваните параметри на различни функции в съответните мерни единици. Заедно с физиолози, физици, математици, инженери и други специалисти участват в разработването на нови методологични подходи.

Бързото усъвършенстване на електронните технологии отвори нови начини за разбиране на много физиологични процеси, което преди беше фундаментално невъзможно.

Създаването на различни сензорни системи, които преобразуват неелектрически процеси в електрически, и подобряването на измервателното и записващо оборудване направи възможно разработването на нови, високоточни методи за обективно записване (например биотелеметрия) на физиологични функции, което значително разшири възможностите на експеримента.

СХЕМА НА ВРЪЗКИТЕ МЕЖДУ УСТРОЙСТВА И ОБЕКТИ НА ИЗСЛЕДВАНЕ

При изучаване на физиологичните функции с помощта на различно оборудване се формират уникални системи в експерименти и клиники. Те могат да се разделят на две групи: 1) системи за Регистрацияразлични прояви на жизнената дейност и анализ на получените данни и 2) системи за въздействиевърху организма или неговите структурни и функционални единици.

За визуално представяне на взаимодействията на отделните елементи на системата е необходимо те да бъдат разгледани под формата на блокови диаграми. Такива блокови диаграми и техните символи са удобни за използване от студентите за илюстриране на експериментални протоколи по време на практически занятия. Според нас подобна форма на изобразяване на поне част от експерименталните условия значително ще намали описанието му и ще допринесе за разбирането на схемите на устройствата и инструментите.

Блокови схеми, отразяващи основните форми на взаимодействие между обекта на изследване и различни устройства за запис на функции.

Много функции на тялото могат да бъдат изследвани без електронно оборудванеи регистрирайте процеси директно или след някои трансформации . Примерите включват измерване на температура с живачен термометър, запис на сърдечни удари с помощта на лост за писане и кимограф, запис на дишане с помощта на капсула Marais, плетизмография с воден плетизмограф, определяне на пулса и др. Реални диаграми на инсталации за плетизмография, запис на стомашна подвижност и запис на дишане са показани на фиг.

Блокова схема на система, която позволява запис на биоелектрични процеси в тялото, е показана на фиг. \, IN.Състои се от обект за изследване, оловни електроди, усилвател, записващо устройство и захранване. Записващи системи от този вид се използват за електрокардиография, електроенцефалография, електрогастрография, електромиография и др.

При проучване и регистрация в използване на електронно оборудванередица неелектрически процеси трябва първо да бъдат преобразувани в електрически сигнали. За това се използват различни сензори. Някои сензори са в състояние сами да генерират електрически сигнали и не изискват захранване от източник на ток, докато други изискват това захранване. Големината на сензорните сигнали обикновено е малка, така че те трябва да бъдат предварително усилени, за да ги регистрират. Системи, използващи сензори, се използват за балистокардиография, плетизмография, сфигмография, запис на двигателна активност, кръвно налягане, дишане, определяне на газове в кръвта и издишания въздух и др.

Ако системите се допълват и съгласуват с работата радиопредавател, тогава става възможно предаването и записването на физиологични функции на значително разстояние от обекта на изследване. Този метод се нарича биотелеметрия.Развитието на биотелеметрията се определя от въвеждането на микроминиатюризацията в радиотехниката. Тя ви позволява да изучавате физиологичните функции не само в лабораторни условия, но и в условия на свободно поведение, по време на работа и спортни дейности, независимо от разстоянието между обекта на изследване и изследователя.

Системите, предназначени да въздействат на тялото или неговите структурни и функционални единици, имат различни ефекти: задействащи, стимулиращи и инхибиращи. Методите и вариантите на въздействие могат да бъдат много разнообразни .

При изследване дистанционни анализатористимулиращият импулс може да се възприеме от разстояние; в тези случаи не са необходими стимулиращи електроди. Така например можете да въздействате на зрителния анализатор със светлина, на слуховия - със звук, а на обонятелния - с различни миризми.

Във физиологичните експерименти често се използва стимулът електричество,във връзка с което са получили широко разпространение електронни импулсни стимулаториИ стимулиращи електроди. Електрическата стимулация се използва за стимулиране на рецептори, клетки, мускули, нервни влакна, нерви, нервни центрове и др. Ако е необходимо, може да се използва биотелеметрична стимулация (фиг. 4, IN).Освен това ефектите върху тялото могат да бъдат както локални, така и общи.

Изследванията на физиологичните функции се извършват не само в покой, но и при различни физически натоварвания . Последният може да бъде създаден или. извършване на определени упражнения (клякове, бягане и др.), или използване на различни уреди (велоергометър, бягаща пътека и др.), които дават възможност за точно дозиране на натоварването.

Системите за запис и стимулиране често се използват едновременно, което значително разширява възможностите на физиологичните експерименти. Тези системи могат да се комбинират по различни начини.

ЕЛЕКТРОДИ

При физиологични изследвания електродиса свързващото звено между обекта на изследване и инструментите. Те се използват за прилагане на разряд или записване (отстраняване) на биоелектричната активност на клетки, тъкани и органи, поради което обикновено се разделят на стимулиращ . Един и същ електрод може да се използва както като стимулиращ, така и като водещ електрод, тъй като между тях няма фундаментална разлика.

В зависимост от метода на запис или стимулация се разграничават биполярни и униполярни електроди. При биполярния метод често се използват два идентични електрода, при униполярния метод електродите се различават както по функционалност, така и по дизайн. В този случай активният (диференциален) електрод се поставя в зоната на отстраняване на биопотенциала или върху тъканната област, която трябва да бъде стимулирана.

Активният електрод, като правило, има относително малък размер в сравнение с друг пасивен (безразличен) електрод. Индиферентният електрод обикновено се фиксира на известно разстояние от активния. В този случай е необходимо зоната на фиксиране на безразличния електрод или да няма собствен потенциал (например мъртва област на тъканта, течна електропроводима среда, заобикаляща обекта на изследване), или тази област трябва да бъдат избрани с по-нисък и относително стабилен потенциал (например ушната мида). Индиферентните електроди често са пластини от сребро, калай, олово или друг метал.

В зависимост от разположението си електродите се делят на повърхностенИ потопяеми. Повърхностните електроди се фиксират или върху повърхността на обекта на изследване (например при запис на ЕКГ, ЕЕГ), или върху подготвени и открити структури (при стимулиране на нерв, отстраняване на евокирани потенциали от повърхността на кората на главния мозък и др. ).

Потопяемите електроди се използват за изследване на обекти, разположени дълбоко в органи или тъкани (например при стимулиране на неврони, разположени в подкоровите структури на мозъка или премахване на биоелектрична активност от тях). Тези електроди имат специална конструкция, която трябва да осигури добър контакт с обекта на изследване и надеждна изолация на останалата проводяща част на електрода от околните тъкани. Всички електроди, независимо от вида и метода на тяхното използване, не трябва да оказват вредно въздействие върху обекта на изследване.

Недопустимо е самите електроди да се превръщат в източник на потенциали. Следователно електродите не трябва да имат поляризационни потенциали, които в някои случаи могат значително да изкривят резултатите от изследването. Големината на поляризационния потенциал зависи от материала, от който е направен електродът, както и от свойствата и параметрите на електрическия ток.

Електродите от благородни метали: злато, сребро и платина имат по-ниска способност за поляризация. Поляризацията практически не възниква, ако водата тече през електродите. променливаили импулсен електрически токс промяна на полярността на импулсите. Възможността за поляризация на електрода се увеличава, когато той взаимодейства с постоянен или импулсен монофазен ток. Колкото по-голям е токът, протичащ през електрода и колкото по-голяма е продължителността на неговото действие, толкова по-голяма е вероятността от поляризация. Свързва се с електрохимични процеси, протичащи между електродния материал и околната електролитна среда. В резултат на това електродите придобиват определен заряд, противоположен по знак на стимулиращия или изтегления ток, което води до неконтролирано състояние на експерименталните условия. Следователно, когато излагате обект на постоянен ток и когато премахвате постоянни или бавно променящи се потенциали, използвайте неполяризиращи електроди.

В електрическите експерименти най-често използваните неполяризиращи електроди са следните видове: сребро - сребърен хлорид, платина - платинов хлорид и цинк - цинков сулфат.

Сребърни електродипри контакт с тъканна течност, съдържаща хлориди, те бързо се покриват със слой сребърен хлорид и след това трудно се поляризират. Въпреки това, за прецизни експериментални изследвания, сребърните електроди са покрити със слой сребърен хлорид, преди да бъдат използвани в експеримента. За тази цел сребърният електрод се почиства с фина шкурка, обезмаслява се старателно, измива се с дестилирана вода и се потапя в съд с 0,9% разтвор на NaCl или 0,1 N. NS1, който вече има въглероден електрод.

Анодът (+) се свързва към сребърния електрод, а катодът (-) към въглеродния електрод на всеки източник на постоянен ток (батерия, акумулатор, токоизправител и др.) с напрежение 2 - 6 V. Плътност на тока от През електродите преминават 0,1 до 100 V. A/m 2 докато електродът се покрие с непрекъснат слой сребърен хлорид. Препоръчително е тази операция да се извършва на тъмно. Готовите хлорирани електроди се съхраняват в разтвор на Рингер на тъмно.

Неполяризиращ платинени електродиможе да се направи по следния начин. Платиновият проводник се измива с дестилирана вода и се потапя в концентрирана сярна киселина за няколко минути, след което се измива обилно в дестилирана вода, след което два платинени електрода се спускат в съд с разтвор на платинов хлорид. Единият електрод е свързан към анода, а другият към катода на източник на постоянен ток с напрежение 2 V.

Чрез превключвател през тях се пропуска ток в една или друга посока (4-6 пъти по 15 s). Електродът, който ще се използва в изследването, трябва да бъде свързан към анода на източника на ток при последната операция на преминаване на ток. Готовият електрод трябва да се измие и съхранява в дестилирана вода.

Тип неполяризиращи електроди цинк – цинков сулфатса стъклени тръби, пълни с разтвор на цинков сулфат 2, в който е поставена амалгамирана цинкова пръчка 3. Амалгамирането на цинка се получава чрез потапянето му за няколко минути, първо в 10% разтвор на сярна киселина, а след това в живак. Долният край на стъклената тръба е покрит с каолин 4, смесен с разтвор на Рингер. На външната част на каолиновата тапа се придава форма, подходяща за контакт с обекта. Понякога щепселът е направен от гипс и в него се вкарва памучен фитил или четка с мека коса 5. Цинковите йони имат висока дифузионна способност, така че тези електроди се съхраняват не повече от 1 ден.

Електродите за стимулация и абдукция се използват както при остри, така и при хронични експерименти. В последния случай, няколко дни преди експеримента, те се имплантират (имплантират) в тъканта на обекта на изследване. Това - имплантиранелектроди.

СЕНЗОРИ

Сензори -Това са устройства, които преобразуват различни физични величини в електрически сигнал. Разграничете генераторИ параметриченсензори

Генераторни сензорипод едно или друго въздействие те сами генерират електрическо напрежение или ток. Те включват следните видове сензори: пиезоелектрични, термоелектрични, индукционни и фотоелектрични.

Параметрични сензорипод влияние на измерваната функция те променят някакъв параметър на електронната верига и модулират (по амплитуда или честота) електрическия сигнал на тази верига. Основните видове параметрични сензори са следните: омични, капацитивни и индуктивни.

Трябва да се отбележи, че това разделение на сензорите е произволно, тъй като както генераторните, така и параметричните сензори са създадени на базата на термоелектрични и фотоелектрични ефекти. Например, фотодиоди и термодвойки се използват за създаване на сензори за генератори, а фото- и термистори се използват за създаване на параметрични сензори.

Въвеждането на различни видове сензори във физиологични и клинични изследвания дава възможност да се получи обективна информация за много функции на тялото, например мускулна контракция, изместване на центъра на тежестта на тялото по време на преразпределение на кръвта, кръвно налягане, пълнене на кръвта съдове, степента на насищане на кръвта с кислород и въглероден диоксид, сърдечни тонове и шумове, телесна температура и много други.

Пиезоелектрични сензори.Създаването на този тип сензори се основава на пиезоелектричния ефект, който се изразява в следното: някои кристални диелектрици (кварц, Рошелска сол, бариев титанат) под въздействието на механична деформация са способни да поляризират и да генерират електрически ток. Пиезоелектричният сензор се състои от кристал, върху който чрез разпръскване се отлагат метални контакти, за да се премахне електрическият потенциал, генериран от сензора. Когато пиезоелектричен сензор се деформира с помощта на механична система, различни видове изместване, ускорение и вибрации (например импулс) могат да бъдат записани и пиезоелектрически микрофони могат да се използват за запис фоноелектрокардиограми .

Пиезоелектричните сензори имат известен капацитет (100-2000 pf), така че могат да изкривяват сигнали с честоти под няколко херца. Те са практически безинерционни, което позволява да се използват за изследване на бързо променящи се процеси.

Термоелектрически сензори.Този тип сензор преобразува температурните промени в електрически ток (термодвойка)или променя силата на тока в електрическа верига под влияние на температурата (термистори).Термоелектрическите сензори се използват широко за измерване на температури и определяне на различни параметри на газовата среда - дебит, процентно съдържание на газове и др.

Термодвойкасе състои от два различни проводника, свързани един с друг. За производството му се използват различни материали: платина, мед, желязо, волфрам, иридий, константен, хромел, копел и др. В термодвойка, състояща се от мед и константан, с температурна разлика от 100 ° C между нейните връзки, се появява електродвижеща сила от приблизително 4 mV.

Термистори –Това са полупроводникови резистори, които могат да намалят съпротивлението си с повишаване на температурата. Има резистори, чието съпротивление се увеличава с повишаване на температурата, те се наричат позитори.Термисторите се произвеждат в голямо разнообразие от дизайни. Термисторите трябва да бъдат включени в мостовите схеми за измерване на постоянен ток . Те се използват широко за създаване на електрически термометри.

Фотоелектрични сензори или фотоклетки.Този тип сензори са устройства, които променят параметрите си под въздействието на светлина. Има три вида фотоелементи: 1) с външен фотоефект, 2) с блокиращ слой (фотодиоди), 3) с вътрешен фотоефект (фоторезистори).

Фотоклетки с външен фотоефектса вакуумни или пълни с газ бутилки . Цилиндърът съдържа два електрода: катод, покрит със слой метал (цезий, антимон), способен да излъчва електрони под въздействието на светлина (външен фотоелектричен ефект), и анод. Фотоклетките от този тип изискват допълнителна мощност за създаване на електрическо поле вътре в елемента; те са свързани към DC мрежата. Когато е изложен на светлина, катодът излъчва електрони, които текат към анода. Генерираният по този начин ток служи като индикатор за интензивността на светлинния поток. Слънчевите клетки, пълни с газ, са по-чувствителни, тъй като фототокът в тях се засилва поради йонизацията на запълващия газ от електрони. Въпреки това, в сравнение с вакуумните фотоклетки, те са по-инерционни.

Фотоклетки с бариерен слойизползвани в редица медицински устройства (например монитори за сърдечен ритъм, оксиметри и др.). Този тип фотоклетка е желязна или стоманена плоча 1, върху който е нанесен полупроводников слой 2. Повърхността на полупроводниковия слой е покрита с тънък метален филм 4. Единият от електродите е плоча, другият е метален филм върху полупроводник 5. За да се осигури надежден контакт, филмът около периметъра е запечатан с по-дебел слой метал 3. Когато се прави фотодиод, се образува блокиращ слой или между полупроводника и пластината, или между полупроводника и филма.

Когато фотодиодът е осветен, светлинните кванти избиват електрони от полупроводника, които преминават през блокиращия слой и зареждат отрицателно един електрод; самият полупроводник и другият електрод придобиват положителен заряд. Следователно, когато е осветен, фотодиодът се превръща в генератор на електрическа енергия, чиято величина зависи от интензитета на светлинния поток. Фототокът на фотодиодите може да се увеличи значително, ако към фотодиодните електроди се приложи напрежение от външен източник на постоянен ток.

Фоторезисториимат свойството да променят активното си съпротивление под въздействието на светлинния поток. Имат висока чувствителност в широк диапазон на излъчване от инфрачервени до рентгенови лъчи. Тяхната чувствителност зависи от напрежението на измервателната верига. Във веригата на измервателния мост, който се захранва от източник на постоянен ток, са включени фоторезистори.Промяната на съпротивлението на фоторезистора под въздействието на светлина нарушава балансирането на моста, което води до промяна в количеството на тока протичаща през измервателния диагонал на моста.

Фотодиодите са по-малко чувствителни от фоторезисторите, но и по-малко инерционни. Външен изглед на сензор с фотоклетка, използван за тахиметрия на сърдечната честота.

Индукционни сензори.Този тип сензор се използва за измерване на скоростта на линейни и ъглови движения, като например вибрации. Електродвижещата сила в индукционните сензори възниква пропорционално на скоростта на движение на проводника в магнитно поле, перпендикулярно на посоката на линиите на магнитното поле, или когато магнитното поле се движи спрямо проводника.

Омични сензори.Тези сензори могат да променят съпротивлението си по време на линейни и ъглови движения, както и по време на деформация и вибрация.

Има различни видове омични сензори . При реостатни и потенциометриченПри омичните сензори промяната на тяхното съпротивление се постига чрез преместване на подвижен контакт, който има механична връзка с обекта на преобразуваното движение. Чувствителността на тези сензори е относително ниска и възлиза на 3-5 V/mm. Точността на преобразуване може да бъде доста висока (до 0,5%) и зависи от стабилността на захранващото напрежение, точността на производство на съпротивлението на сензора, неговата структурна стабилност и други фактори. Тези сензори имат проста конструкция, малки размери и тегло и могат да бъдат свързани към вериги с постоянен и променлив ток. Наличието на движещ се контакт обаче ограничава експлоатационния живот на тези сензори.

В телени омични сензори (щам клетки)няма подвижен акт (фиг. 8, Ж).Под въздействието на външни сили тези сензори променят своето съпротивление чрез промяна на дължината, напречното сечение и съпротивлението на металния проводник. Точността на преобразуване е 1 - 2%. Тензодатчиците имат малки размери, маса и инерция и са удобни за изследване на малки премествания.

В допълнение към конвенционалните телени сензори, през последните години широко се използват телени сензори. полупроводникови сензори(например гедисторите), чиято чувствителност към деформация е 100 пъти по-висока от тази на жичните.

Капацитивни сензори.Принципът на работа на тези сензори се основава на факта, че преобразуваните физиологични показатели (налягане, промяна в обема на органа) влияят на определени параметри на сензора (диелектрична константа, площ на плочата, разстояние между плочите) и по този начин променят неговия капацитет. Тези сензори имат висока чувствителност и ниска инерция.Използването на диференциални капацитивни сензори позволява да се повиши тяхната чувствителност и устойчивост на шум. Този тип сензори са намерили широко приложение в електрофизиологично и диагностично оборудване. Те се използват например в апарати за измерване на кръвно налягане, плетизмографи, сфигмографи и други инструменти, които са предназначени да преобразуват неелектрически величини, отразяващи физиологични функции, в пропорционални електрически величини. Действителният дизайн на капацитивен сензор е показан на фиг. 2, G и 7, G, и на фиг. 81 показва диаграма на инсталация за записване на стомашната подвижност с помощта на капацитивен сензор.

Индуктивни сензори.Трансформиращото действие на тези сензори се основава на свойството на бобината на индуктора да променя съпротивлението си. Това може да се постигне чрез въвеждане на феромагнитна сърцевина в нея или чрез промяна на размера на празнината в магнитната сърцевина, върху която е разположена намотката.

За преобразуване на относително големи движения (повече от 5-10 мм) се използват индуктивни сензори с подвижно ядро . Този тип сензор се използва в някои дизайни на балистокардиографи. За преобразуване на малки движения (по-малко от 5 мм) могат да се използват сензори с различна междина на магнитната верига . Индуктивните сензори могат да бъдат направени под формата на трансформатор или диференциален трансформатор с две противоположни намотки. В последния случай изходният сигнал ще бъде по-мощен. Индуктивните сензори са много чувствителни. Тяхната инерция зависи от динамичните свойства на движещите се елементи на сензора.

ИЗМЕРВАЩИ СХЕМИ

Всеки тип сензор, който преобразува определена функция в електрически сигнал, трябва да бъде включен в измервателната верига. Най-широко използваните измервателни вериги са: мостова веригас DC или AC захранване, диференциална верига, и колебателна верига, които включват измервателни (записващи) инструменти. Чувствителността на диференциалните измервателни вериги е по-висока от тази на мостовите вериги.

По този начин електрическите инструменти, използвани за измерване на неелектрически величини с различни функции, се състоят от сензор, измервателна верига и измервателен уред или записващо устройство. Често изходният сигнал на сензора, имащ малка стойност, не може да бъде регистриран от измервателната верига, така че в него се въвеждат DC или AC усилватели.

Трансформацията на неелектрически процеси в електрически дава широки възможности за тяхното регистриране. Това се обяснява не само с чисто технически предимства, но и с точността на измерване на записаните стойности, удобството за сравняване на данни от различни експерименти и възможността за обработката им с помощта на компютри. Важно е, че този метод позволява синхронно записване на електрически и неелектрически процеси в едни и същи времеви координати, тяхното сравняване, идентифициране на съществуващите между тях причинно-следствени връзки и т.н., т.е. предоставя нови възможности за изследване на физиологичните процеси.

УСИЛВАТЕЛИ

Електрическата активност на биологичните обекти и електрическите параметри на много сензори, които преобразуват неелектрически процеси в електрически, се характеризират с относително малки стойности: сила на тока - мили- и микроампери, напрежение - мили-микроволта. Следователно регистрирането им без предварително усилване е изключително трудно или дори невъзможно. За да усилите малки електрически сигнали, използвайте усилвателиТе са необходими за много измервателни вериги и са конструирани с помощта на вакуумни тръби или полупроводникови устройства.

Нека разгледаме накратко принципа на работа на триод и усилвател, проектиран въз основа на тази лампа. . Ако веригата с нажежаема жичка на триода (A)включете източника на захранване, катодът се нагрява и излъчва електрони, т.е електронна емисия на катода (В).Когато източникът на постоянен ток е допълнително включен между анода и катода, електроните, излъчени от нагрятия катод, се придвижват към анода, което причинява поява на токопределена сила (IN).Силата на този ток може да се контролира чрез прилагане на напрежение към триодната мрежа. Ако се приложи положителен потенциал към триодната мрежа, потокът от електрони от катода към анода и токът, преминаващ през лампата (аноден ток), се увеличават (G),при отрицателен потенциал на мрежата, електронният поток и токът намаляват (° С).

За да се регистрират промените в тока, преминаващ през триода и да се преобразува в променящо се напрежение, в анодната верига се включва съпротивление Р а ( д ), чиято стойност значително влияе върху свойствата на усилвателното стъпало. Да приемем, че на входа на усилвателя е подадено променливо напрежение V BX равно на 1 V. То предизвиква промяна на анодния ток с 0,001 A; и съпротивлението на анодната верига е 10 kOhm, тогава спадът на напрежението в това съпротивление ще бъде равен на 10 V. Ако едно съпротивление се увеличи до 100 kOhm и други равни условия, спадът на напрежението ще бъде 100 V. Следователно в първия случай входното напрежение се усилва 10 пъти, а във втория – 100 пъти, т.е. печалбата ще бъде съответно 10 и 100.

В случаите, когато едно усилвателно стъпало не осигурява необходимото усилване, използвайте усилватели с няколко стъпала.Комуникацията между етапите в AC усилвателите се осъществява чрез свързващи кондензатори ° С 1 И C 2, с помощта на които променливата съставка на анодното напрежение от предходното стъпало се предава на входа на следващото. DC усилвателите нямат свързващи кондензатори. Коефициентът на усилване на целия усилвател зависи от коефициента на усилване на отделните стъпала, техния брой и се определя от произведението на коефициентите на усилване на всички стъпала на усилвателя.

Усилвателите действат като междинна връзка между обекта на изследване (както и електроди, сензори) и записващи устройства, т.е. връзка.Те не трябва да изкривяват същността на изследвания процес. Ето защо, преди да се обърнете към техническите характеристики на усилвателя, е необходимо да знаете електрическите свойства на сигнала (биопотенциала) на жив обект или сензор, както и да вземете предвид вътрешното съпротивление на източника на сигнал

Доста пълна характеристика на сигнала се дава от формулата, която определя обема на сигнала: V = TFH, където V – обем на сигнала (биопотенциал), T – неговата продължителност, Е – ширина на честотния спектър на сигнала Н -превишаване на амплитудата на сигнала над шума. Комуникационният канал също може да се характеризира с три величини: T k - времето, през което каналът изпълнява функциите си, F K - честотната лента, която каналът може да предава, и N k –минималната чувствителност и максималната амплитуда на сигнала, подаден на входа на усилвателя, произведението на тези количества се нарича капацитет на канала: V K = G k F K I k

Предаването на сигнал по комуникационен канал (чрез усилвател) е възможно само ако основните характеристики на сигнала не надхвърлят съответните граници на характеристиките на комуникационния канал. Ако параметрите на сигнала надвишават характеристиките на комуникационния канал, тогава предаването на сигнала през този канал без загуба на информация е невъзможно.

Някои влияния на усилвателя върху амплитудно-времевите характеристики на сигнала са илюстрирани на фиг. 12.

Горният и долният потенциал на всяка фигура бяха записани едновременно от един електрод с помощта на два идентични усилвателя, които имаха различни входни времеви константи. Параметрите на предизвиканите потенциали и характеристиките на усилвателите са представени под формата на таблица, геометричните еквиваленти на същите потенциали са показани на фиг. 13.

Въпреки факта, че същият потенциал е записан във всеки кадър, амплитудно-времевите характеристики на получените записи се различават значително един от друг, което се определя само от параметрите на усилвателите. Усилвателят, с който са записани долните записи, е с параметри, надвишаващи характеристиките на сигнала, така че предизвиканите потенциали са записани без изкривяване. Усилвателят, с който са записани горните записи, е с различни параметри, но във всички случаи не надвишава характеристиките на сигнала, така че предизвиканите потенциали са изкривени (загуба на информация).

Стойността на вътрешното съпротивление на източника на сигнал, което зависи не само от свойствата на обекта на изследване, но и от свойствата на изходните вериги (например размера, формата и съпротивлението на електродите, превключващите проводници и др. .), може да се покаже в следния пример. Ако вътрешното съпротивление на източника на сигнал е по-голямо или равно на входното съпротивление на усилвателя, тогава сигналът изобщо няма да бъде регистриран или неговата амплитуда ще бъде значително намалена. Следователно понякога става необходимо значително да се увеличи входният импеданс на усилвателя. В тези случаи се използват усилватели с катоден последовател, а в транзисторни вериги - с емитер последовател, направен на транзистори с полеви ефекти.

Има два типа усилватели, които най-често се използват във физиологичните лаборатории: AC усилватели и DC усилватели.

AC усилватели.Усилвателите от този тип се състоят от няколко етапа на усилване, свързани помежду си с помощта на свързващи кондензатори. Такива устройства се използват за усилване на променливи компоненти на сигнала поради способността им да предават честоти от 0,1 Hz до 10-15 kHz. Те обикновено имат голямо усилване и могат да усилят входния сигнал милиони пъти, позволявайки ясно да се записват сигнали с начални амплитуди от няколко микроволта. Усилването и честотната лента обикновено са регулируеми. Примери за произведени в страната усилватели включват UBP-1-03, UBF-4-03. Тези устройства се използват за подобряване на биопотенциалите на мозъка и сърцето, както и на сигнали, генерирани от различни сензори; по отношение на изходните характеристики, те са лесно съвместими с повечето домашни рекордери.

DC усилватели.Тези усилватели нямат свързващи кондензатори. Между отделните каскади има галванична връзка, така че долната граница на предаваните честоти достига нула. Следователно този тип усилвател може да усилва произволно бавни вибрации. В сравнение с AC усилвателите, тези усилватели имат значително по-ниско усилване. Например UBP-1-0.2 има коефициент на усилване за променлив ток от 2.5-1 0 6, а за постоянен ток - 8 10 3. jto се дължи на факта, че в DC усилвател, с увеличаване на усилването, стабилността на работа намалява и се появява нулев дрейф. Следователно те се използват за усилване на сигнали, чиято величина надвишава 1 mV (например мембранния потенциал на неврони, мускулни и нервни влакна и др.).

ЗАПИСВАЩИ УСТРОЙСТВА (РЕКОРДЕРИ) С ОБЩО ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ

Записващите устройства са необходими, за да трансформират електрическите потенциали, които идват към тях от изходните електроди или сензори (обикновено след необходимото усилване) в процеси, възприемани от нашите сетива. Записващите устройства могат да преобразуват и показват процеса или функцията, които се изследват, в различни форми, например при отклонение на измервателен уред, цифров дисплей, отклонение на лъча на екрана на осцилоскопа, графичен запис върху хартия, фотографска или магнитна лента, както и в формата на светлинни или звукови сигнали и др.

В повечето видове записващи устройства основните елементи са: преобразувател на енергията на колебанията на електрическите потенциали в механични (галванометър, вибратор), записващ инструмент (писалка с мастило, мастиленоструйна машина, пишеща пръчка, електронен лъч). и др.) и механизъм за разгръщане на процеса във времето (лентов механизъм, електронен размах). В допълнение, съвременните записващи устройства могат да съдържат редица спомагателни устройства и системи, като превключватели, усилватели, калибратори на усилването и времето, оптични системи за фотография и др.

В медицинското записващо оборудване най-широко се използват три вида преобразуватели, създадени на базата на три различни принципа на трансформация на енергията на колебанията на електрическите потенциали.

1. Използването на сила, действаща върху проводник с ток или феромагнетик в магнитно поле. Въз основа на този принцип са проектирани различни системи от галванометри и вибратори, които се използват в контурни и мастилено-записващи осцилоскопи (записващи устройства).

2. Използване на отклонението на потока от електрони (електронен лъч) в електрическо и електромагнитно поле. Този принцип се реализира с помощта на електронно-лъчеви тръби, които са основната част на електронните (катодни) осцилоскопи.

3. Използване на свойството на феромагнитните материали да се магнетизират под въздействието на магнитно поле и поддържане на това състояние.На този принцип са конструирани различни видове магнетофони и магнитографи.

Галванометри и вибратори.Тези устройства имат същия принцип на работа, но се различават по дизайн и следователно се различават значително един от друг по чувствителност, инерция и способност за възпроизвеждане на сигнали с различни честоти. Има галванометри и вибратори на магнитоелектричните и електромагнитните системи.

магнитоелектрическа системаПреобразуването на електрическите сигнали в механичен ефект се постига чрез движение на проводник (през който протича електрически ток) в постоянно магнитно поле. Проводникът на електрически ток може да бъде направен под формата на тънка струна, контур или многооборотна рамка. За проектиране на магнитоелектрични вибратори се използва многооборотна рамка.

В галванометри (вибратори) електромагнитна системамагнитно поле, в което е поставен феромагнетик 8, създаден от постоянен магнит 1 и специална намотка 4. Тази намотка, когато през нея преминава електрически ток, създава електромагнитно поле, чиито свойства се определят от посоката на силата на тока, преминаващ през намотката. При взаимодействието на тези полета се създава въртящ момент, под въздействието на който се движи феромагнитната арматура.

Използването на различни системи, способни да показват движението на движещи се елементи на галванометри (вибратори), позволява проектиране на различни видове записващи устройства, например струнен галванометър, огледален галванометър, контурен осцилоскоп, записващи устройства с директно видим запис (мастилена писалка, мастиленоструен, копиране, термо, печат и др.).

Струнен галванометър. В тези устройства посоката на движение на струна в силно магнитно поле се определя от посоката на тока, приложен към нея, а количеството на движение се определя от силата на тока, преминаващ през нея. Вибрациите на струната могат да се проектират върху екран с помощта на оптична система, а за запис - върху движеща се фотохартия или филм.

Струнните галванометри имат относително ниска инерция; техните усъвършенствани модели са в състояние да възпроизвеждат сигнали с честоти до 1000 Hz. Тяхната чувствителност зависи от големината на магнитното поле и свойствата на струната (еластичност и диаметър). Колкото по-тънка е струната (2-5 микрона) и колкото по-силно е магнитното поле, толкова по-висока е чувствителността на струнния галванометър. Много струнни галванометри са толкова чувствителни, че могат да се използват без усилватели. Преди това те са били използвани за запис на електрокардиограми и потенциали на клетъчната мембрана.

Огледален галванометър. Ако прикрепите малко светлинно огледало към контурна или многооборотна рамка 6, тогава, когато токът премине, той ще се движи заедно с контура или рамката (посоката на движение на Фиг. 14 е показана със стрелка). Лъч светлина се насочва към огледалото с помощта на осветител, а отразеният лъч (зайче) се проектира върху полупрозрачен екран, като се използва скала, за да се прецени посоката и големината на отклонението на отразения лъч. В този случай огледалните галванометри могат да се използват като независими записващи устройства.

В момента огледалните галванометри се използват като изходни устройства в т.нар контурни осцилоскопи.

За записване и наблюдение на напредъка, който се изследва, контурните осцилоскопи използват специална оптична система . От лампата на осветителя 1 светлинен лъч през леща 2 и диафрагма 3 с помощта на огледало 4 е насочен към огледалото на галванометъра 5 и лещата 6 се разделя на два пакета. Един лъч светлина се фокусира от леща 7 върху повърхността на движеща се фотографска хартия (филм), която се изтегля от лентов механизъм 8. Втори лъч с помощта на цилиндрична леща - призма 9 се насочва към въртящ се многостранен огледален барабан 10 и, отразявайки се от него, пада върху матовия екран 11. Благодарение на въртенето на огледалния барабан, изследваният процес се показва на екрана и се използва за визуално наблюдение.

Комбинацията от струнни и огледални галванометри с оптични системи дава възможност за записване на изследваните процеси чрез фотографски метод или ултравиолетов метод на запис. Последното ви позволява да получите видим запис няколко секунди след експониране без проявяване.

Записващи устройства с директно видим запис.При записващите устройства от този тип преобразувателите на електрически сигнали са магнитоелектрични (рамкови) или електромагнитни вибратори, върху движещите се елементи на които вместо огледало са закрепени различни записващи инструменти.

Записващи устройства с писалка с мастило. Този тип устройство се използва широко за записване на физиологични функции. При тях писалката 5 е монтирана върху рамка или феромагнитна арматура 2, които са разположени в магнитното поле 1 . Перото е свързано с еластична тръба 4 с резервоар за мастило 3. Изследваният процес се записва на хартиена лента 6. Записващите устройства с мастило са лесни за използване и доста подходящи за решаване на много проблеми. Те се използват успешно в електроенцефалографи, електрокардиографи, електрогастрографи и други устройства. Записващите устройства с писалка с мастило обаче имат редица съществени недостатъци. Те са инерционни и не позволяват запис на електрически вибрации с честота над 150 Hz. В това отношение те са неподходящи например за записване на бързи процеси, като биотоковете на нервите и нервните клетки и др. Освен това записът с мастилена писалка (без специална корекция) внася радиални изкривявания в изследвания процес, причинени чрез дъгообразното движение на писалката върху хартията.

Метод за регистрация на мастиленоструен принтер. Този метод се основава на преминаване на струя мастило под налягане 20 kg/cm2 през капиляр (диаметър 5-8 микрона), монтиран на вибратор: мастилото, попадайки върху движеща се хартиена лента, оставя следа във формата на кривата на изследвания процес.

Мастиленоструйният метод на запис е много чувствителен и има ниска инерция. Позволява ви да комбинирате удобството на видимия запис с възможността за запис на електрически сигнали в широк честотен диапазон (от 0 до 1500 Hz). Тези записващи устройства обаче изискват използването на специално мастило с много високо качество (еднороден състав).

При всички записващи устройства с директно видим запис, скоростта на движение на записващата среда (хартия) се определя чрез механично сканиране и не надвишава 200 mm/s, докато разгръщането на бързи процеси изисква високи скорости на запис, което се постига чрез електронно сканиране в катодни осцилоскопи.

Електронни (катодни) осцилоскопи. Това са универсални записващи устройства. Те са практически безинерционни и поради наличието на усилватели имат висока чувствителност. Тези устройства ви позволяват да изучавате и записвате както бавни, така и бързи колебания на електрически потенциали с амплитуда до 1 μV или по-малко. Изходното записващо устройство на катодния осцилоскоп е електроннолъчева тръбас електростатично или електромагнитно отклонение на електронния лъч.

Принципът на работа на катодната тръба е взаимодействието на поток от електрони, излъчен от катода и фокусиран от система от електронни лещи, с електростатичното или електромагнитното поле на отклоняващите електроди.

Катодната тръба се състои от стъклен контейнер, вътре в който във висок вакуум има източник на електрони и система от електроди (водачи, фокусиращи и дефлектори), които контролират електронния лъч.

Източникът на електрони е катодът 2, нажежаема жичка 1. Отрицателно заредени електрони през контролната мрежа 3 привлечени от система от положително заредени аноди 4, 5 И 6. В този случай от електрони се образува електронен лъч, който преминава между вертикала 7 и хоризонтала 8 отклоняващи плочи и се насочва към екран 9, покрит с фосфор (вещество, което има способността да свети при взаимодействие с електрони). Контролна решетка 3 има отрицателен потенциал спрямо катода, чиято стойност се регулира с потенциометър 10. При промяна (с помощта на потенциометър) на потенциала на мрежата се променя плътността на електронния поток в електронния лъч и следователно яркостта на лъча на екрана. Електронният лъч се фокусира от потенциометър 10 , т.е. поради промяна в положителния потенциал на втория анод 5.

Хоризонталните и вертикалните отклоняващи плочи контролират движението на електрическия лъч съответно в хоризонталната и вертикалната равнина, за които им се подават потенциали от хоризонтални усилватели (b, x 1И х 2)и вертикално (a, y 1И y 2)отклонение на лъча. Ако се приложи зъбно напрежение към хоризонталните отклоняващи плочи, лъчът на осцилоскопа ще се движи в хоризонталната равнина отляво надясно. Чрез промяна на режима на работа на трионообразния генератор на напрежение можете да регулирате скоростта на движение, т.е. скоростта, с която лъчът преминава през екрана на осцилоскопа. Това е необходимо, тъй като изследваните процеси (сигнали) имат различни времево-честотни параметри.

Изследваният процес (сигнал) обикновено се подава към вертикални отклоняващи пластини, които преместват лъча нагоре или надолу, в зависимост от знака и големината на приложеното към тях напрежение. По този начин потенциалите, приложени към плочите, контролират движението на лъча по хоризонтала ( х) и вертикално ( при) оси, т.е. те разгръщат изследвания процес.

Регистрацията на изследваните процеси от екрана на катоден осцилоскоп се извършва фотографски с помощта на светлинни камери или специални камери.

Магнитографи.Записването на електрически процеси върху феромагнитна лента е удобно, тъй като записаната по този начин информация може да се съхранява дълго време и да се възпроизвежда многократно. С помощта на различни записващи устройства може да се преобразува във видим запис с различни мащаби на сканиране. Тази информация може да бъде обработена след края на експеримента с помощта на различни автоматични устройства и електронни компютри. Магнитографите също ви позволяват да записвате експерименталния протокол.

ЕЛЕКТРОННО-ИЗЧИСЛИТЕЛНИ МАШИНИ

В съвременните условия компютрите са неразделна част от изследователските лаборатории, тъй като електронните компютри значително повишават ефективността на изследователите.Данните за изследвания процес могат да бъдат въведени по различни начини: ръчно (когато предварително изчислени амплитудно-времеви параметри, например, електрокардиограмите се въвеждат от клавиатурата на компютъра) или от междинен носител за съхранение (например от перфокарта или перфолента, на която е кодирана информация).

Най-удобно и икономично обаче е въвеждането на информация в компютър с помощта на специално устройство - амплитудно-цифров преобразувател (ADC). Амплитудно-цифровият преобразувател трансформира амплитудно-времевите параметри на изследвания процес (например амплитудата и продължителността на различни ЕКГ компоненти) в цифров код, който се възприема, анализира и обработва от компютърен процесор. Информацията, обработена математически (по зададени програми) в компютър, може да бъде представена в различни форми: под формата на таблица, отпечатана на цифрово печатащо устройство; под формата на графика, конструирана от плотер; като изображение на екран или под друга форма. В същото време изследователят е освободен от рутинна работа не само при измерване, изчисляване и математически анализ на резултатите, но и от необходимостта да съставя таблици и да рисува графики.

УСТРОЙСТВА С СПЕЦИАЛНО ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ

Устройствата със специално предназначение обикновено са проектирани да записват една функция или процес, например електрокардиограма, електроенцефалограма, електрогастрограма и др. Такова специализирано оборудване обикновено е компактно, лесно за работа и удобно за клинични изследвания. Състои се от различни блокове (системи) с общо предназначение, така че познаването на фундаменталната структура на отделните блокове улеснява разбирането на работата на устройства със специално предназначение. Общата структура на устройството със специално предназначение включва електроди или сензор, превключвател, усилвател, записващо устройство и захранване. По-подробно запознаване с всяко устройство се извършва с помощта на инструкциите за експлоатация, приложени към устройството.

Електрически стимулатори.За електрическа стимулация на биологични обекти до средата на този век са използвани индукционни бобини, които сега са напълно заменени електрически стимулатори.Електростимулаторът е едно от най-разпространените и необходими устройства. Осигурява оптимални условия за дразнене на тъканите (с минимална травма при продължителна стимулация) и е удобна за използване.

За изследователски цели е препоръчително да се използва стимулатор, който в зависимост от експерименталните условия може да служи или генератор на ток,или генератор на напрежение.Вътрешното съпротивление на изходното устройство на такъв стимулатор може да се променя в съответствие с целите на експеримента. То трябва да бъде или 30-40 пъти по-голямо от съпротивлението на обекта на изследване (при работа в режим „генератор на ток“), или същия брой пъти по-малко (в режим „генератор на напрежение“). Такива универсални стимулатори обаче са сложни и тромави, така че във физиологична работилница е по-добре да се използват по-прости устройства.

Стимулаторът се състои от няколко блока (каскади), чието основно предназначение не зависи от вида на стимулатора. Нека разгледаме предназначението на отделните каскади на стимулатора и контролните органи, свързани с тях, като използваме примера на импулсния физиологичен стимулатор SIF-5.

Генераторът на честота на повторение на импулса (главен осцилатор) често се проектира с помощта на мултивибраторна верига; може да работи в режим на готовност и непрекъснат режим. Когато работи в режим на готовност, главният осцилатор може да генерира импулси или при натискане на бутона "Старт". 9, или когато на входа на мултивибратора се подават сигнали за задействане от друг източник на импулси. В първия случай се генерира само един импулс, във втория честотата на импулсите ще съответства на честотата на задействащите сигнали. При продължителна работа 8 Главният осцилатор на стимулатора генерира импулси непрекъснато, тяхната честота / може да се променя от части от херца до няколкостотин херца.

Импулсите от главния осцилатор се подават към следващия етап на стимулатора - етапът на забавяне и могат да се използват и за задействане на размаха на осцилоскопа (синхронизиращ импулс 10), В етапа на забавяне 2 Импулсът на главния осцилатор може да бъде забавен за период от 1–1000 ms. Каскадата на забавяне позволява (например при изследване на евокирани потенциали) да зададете потенциала на екрана на осцилоскопа на място, удобно за запис, независимо от скоростта на движение на осцилоскопа.

Импулсите от забавящата каскада могат да се използват за задействане на други стимулатори, ако в експеримента се използват няколко стимулатора и тяхната работа трябва да бъде синхронизирана. В допълнение, импулси се подават от етапа на закъснение към входа на етапа на генериране на изходен сигнал. В тази каскада се формират импулси с правоъгълна (или друга) форма с определена продължителност 3, след това те се предават към усилвател на мощност, който позволява регулирането на амплитудата им 4.

От изхода на стимулатора 5 чрез свързващи проводници и стимулиращи електроди импулси с необходимата форма, продължителност и амплитуда се предават на обекта на изследване. Изходна полярност 6 може да се променя. За да се намали артефактът на стимулацията, някои видове стимулатори имат изолационни трансформатори 7, други имат високочестотни изходни устройства.

Стимуланти от други видове също се използват както за образователни, така и за изследователски цели, например NSE-01, EST-10A, IS-01 и др.

В допълнение към импулсните стимулатори се използват физиологични експерименти снимка-И фоностимулатори.Техният дизайн в много отношения е фундаментално подобен на този на импулсния стимулатор. Разликата е главно в структурата изходен блок,генериране на светлинни сигнали във фотостимулатор или звукови сигнали във фоностимулатор.

Ергометри. Те се използват широко за създаване на функционално натоварване на отделни органи, системи и тялото като цяло. велоергометриразлични видове. Те ви позволяват да създадете локално или общо функционално натоварване, доза и да определите нейната стойност. Най-често срещаните устройства от този тип са ергограф за пръсти, велоергометриИ бягаща пътека.Има бягащи пътеки (бягащи пътеки)и за животни.

Фотоапарати. Камери за различни цели се използват широко за създаване на определени условия за обекта на изследване. Съществуват шумоизолиращи камери, термокамери, хипербарни камери свисоко и ниско налягане, камери с лъчеви и звукови инсталациии т.н. В момента са проектирани камери, които правят възможно създаването изкуствен микроклимати изучаване на реакциите на изследователския обект към различни влияния.

ОСНОВНИ ПРАВИЛА ЗА РАБОТА С ЕЛЕКТРОННОТО ОБОРУДВАНЕ

В допълнение към общите правила за работа с оборудване, във всеки отделен случай е необходимо първо да се запознаете с правилата за работа с непознато устройство и едва след това да започнете да работите с него. Това е от особено значение в клинични условия, тъй като някои устройства при неправилно боравене представляват опасност за пациента (уред за изследване на възбудимостта на нервите и мускулите - електрически пулсатор и редица други). Основните правила са следните.

Преди да свържете устройството към мрежатанеобходимо е: ​​1) уверете се, че мрежовото напрежение съответства на напрежението, за което е проектирано устройството или за което в момента е превключен неговият силов трансформатор; 2) заземете устройството, т.е. свържете терминала (или заземяващия контакт) към шината на заземяващия контур или водоснабдителната мрежа (в никакъв случай устройствата не трябва да се заземяват към елементите на газовите проводници); 3) проверете всички захранващи проводници (изолацията е в добро състояние и щепселите са налице); строго е забранено да включвате голи краища на проводници в електрически контакти; 4) проверете проводниците, предназначени за превключване на устройства и изготвяне на работна верига (те не трябва да имат места без изолация); 5) проверете превключвателите и другите мрежови превключватели на всички устройства - те трябва да са в положение "изключено".

Устройствата трябва да бъдат свързани към мрежата чрез превключватели, разположени на устройствата.

След като включите устройствата, трябва: 1) да проверите чрез светлинните индикатори дали всички устройства са получили захранване (ако индикаторът не свети, трябва да се свържете с учителя и съвместно да определите причината за неизправността; най-често това се дължи на изгорял предпазител на устройството или светлинна крушка); 2) не забравяйте, че тръбните електронни устройства започват да работят стабилно само след предварително загряване за 15-30 минути; за повечето транзисторни устройства този период е до 2-5 минути.

работа 1

Предмет: „Тестови натоварвания във физиологичен експеримент“

Мишена: изучаване на най-известните методи за тестване и комбинирани модели и тестове, използвани за изследване на физическа издръжливост при лабораторни животни, емоционална стабилност и тревожност.

Въпроси за самоподготовка

1. Условия и процедура за оценка на субмаксималните показатели (тест RWC 170).

2. Изследване на физическа издръжливост при лабораторни животни (бягане на пътека, плуване). Значение.

3. Тест "Открит терен". Неговото описание и значение.

4. Същността на многопараметричния тест, неговото описание.

Литература

работа 2

Предмет: “Апаратура и методи за изследване на електрофизиологичните функции”

Мишена: запознава се с условията и тенденциите във възникването и развитието на електрофизиологията, въвеждайки обхвата на практическото използване на апаратурата. Изследване на електрофизиологични методи.

Въпроси за самоподготовка

1. Предмет и задачи на електрофизиологията.

2. Възникване и първи стъпки на електрофизиологията.

3. Области на практическо приложение на електрофизиологията.

4. Схеми на връзки между устройства и обекти на изследване.

5. Електронно оборудване и правила за работа с електронно оборудване.

6. Електрофизиологични методи (извънклетъчно и вътреклетъчно определяне и регистрация на биопотенциали, метод на евокирания потенциал, електроенцефалография, електрокарунография.

Литература

1. Батуев А.С. Висша нервна дейност. М., 1991

2. Голям семинар по физиология на човека и животните. / Ед. Б.А. Кудряшова - М.: Висше училище, 1984.

3. Гумински А.А., Леонтьева Н.Н., Маринова К.В. Ръководство за лабораторни упражнения по обща физиология. – М.: Образование, 1990.

4. Малък семинар по физиология на човека и животните. / Ед. КАТО. Батуева - Санкт Петербург: Издателство на Санкт Петербургския държавен университет, 2001 г.

5. Методи и основни експерименти за изследване на мозъка и поведението. Дж. Буреш, О. Бурешива, Д. Хюстън / Превод от англ. – М.: Висше училище, 1991.

6. Методи на изследване в психофизиологията. / Ед. КАТО. Батуева - Санкт Петербург, 1994 г

7. Методи на клиничната неврофизиология. / Ед. В.Б. Гречина - Л., 1977г

8. Общ курс по физиология на човека и животните. В 2 T. / Ed. ПО дяволите. Ноздрачева - М., 1991г

9. Семинар по нормална физиология. / Ед. НА. Агаджанян - М.: Издателство РУДН, 1996 г.

работа 3

Предмет: „Методически техники, използвани при провеждане на хроничен експеримент“

Мишена: изучава основните теоретични въпроси, свързани с практикуваните оперативни техники в експерименталната физиология.

Въпроси за самоподготовка

1. Условия.

2. Поставяне на фистула. Техника за налагане на различни видове конци.

3. Хетерогенни нервни, невромускулни, невроваскуларни и неврогландуларни анастомози.

4. Перфузия на тъкани и органи.

5. Канюлиране.

6. Въвеждане на белязани атоми и биологични субстрати.

7. Позитронно-емисионна томография.

Литература

1. Батуев А.С. Висша нервна дейност. М., 1991

2. Голям семинар по физиология на човека и животните. / Ед. Б.А. Кудряшова - М.: Висше училище, 1984.

3. Гумински А.А., Леонтьева Н.Н., Маринова К.В. Ръководство за лабораторни упражнения по обща физиология. – М.: Образование, 1990.

4. Малък семинар по физиология на човека и животните. / Ед. КАТО. Батуева - Санкт Петербург: Издателство на Санкт Петербургския държавен университет, 2001 г.

5. Методи и основни експерименти за изследване на мозъка и поведението. Дж. Буреш, О. Бурешива, Д. Хюстън / Превод от англ. – М.: Висше училище, 1991.

6. Методи на изследване в психофизиологията. / Ед. КАТО. Батуева - Санкт Петербург, 1994 г

7. Методи на клиничната неврофизиология. / Ед. В.Б. Гречина - Л., 1977г

8. Общ курс по физиология на човека и животните. В 2 T. / Ed. ПО дяволите. Ноздрачева - М., 1991г

9. Семинар по нормална физиология. / Ед. НА. Агаджанян - М.: Издателство РУДН, 1996 г.

работа 4

Предмет: “Електрофизиологични методи”

Въпроси за самоподготовка

1. История на изучаването на биоелектричните явления.

2. Генератори на ток и напрежение.

3. Електроди и усилвател

4. Записващи устройства.

5. Микроелектродна технология и производство на микроелектроди.

6. Физиологична универсална комплексна инсталация.

7. Стереотактична техника. Стереотактични атласи.

Литература

1. Батуев А.С. Висша нервна дейност. М., 1991

2. Голям семинар по физиология на човека и животните. / Ед. Б.А. Кудряшова - М.: Висше училище, 1984.

3. Гумински А.А., Леонтьева Н.Н., Маринова К.В. Ръководство за лабораторни упражнения по обща физиология. – М.: Образование, 1990.

4. Малък семинар по физиология на човека и животните. / Ед. КАТО. Батуева - Санкт Петербург: Издателство на Санкт Петербургския държавен университет, 2001 г.

5. Методи и основни експерименти за изследване на мозъка и поведението. Дж. Буреш, О. Бурешива, Д. Хюстън / Превод от англ. – М.: Висше училище, 1991.

6. Методи на изследване в психофизиологията. / Ед. КАТО. Батуева - Санкт Петербург, 1994 г

7. Методи на клиничната неврофизиология. / Ед. В.Б. Гречина - Л., 1977г

8. Общ курс по физиология на човека и животните. В 2 T. / Ed. ПО дяволите. Ноздрачева - М., 1991г

9. Семинар по нормална физиология. / Ед. НА. Агаджанян - М.: Издателство РУДН, 1996 г.

работа 5

Предмет: “Биохимични и хистохимични методи във физиологията”

Въпроси за самоподготовка

1. Химично картографиране на мозъка.

2. Методи за идентифициране на локализацията на резистори в структурите на периферната нервна система.

3. Идентифициране на локализацията на резистори в структурите на централната нервна система.

4. Идентифициране на локализацията на рецепторите в целевите органи.

5. Определяне на функционалната активност на орган или органна система чрез концентрацията на секретиран хормон, неврохормон или друго биологично активно вещество.

Литература

1. Батуев А.С. Висша нервна дейност. М., 1991

2. Голям семинар по физиология на човека и животните. / Ед. Б.А. Кудряшова - М.: Висше училище, 1984.

3. Гумински А.А., Леонтьева Н.Н., Маринова К.В. Ръководство за лабораторни упражнения по обща физиология. – М.: Образование, 1990.

4. Малък семинар по физиология на човека и животните. / Ед. КАТО. Батуева - Санкт Петербург: Издателство на Санкт Петербургския държавен университет, 2001 г.

5. Методи и основни експерименти за изследване на мозъка и поведението. Дж. Буреш, О. Бурешива, Д. Хюстън / Превод от англ. – М.: Висше училище, 1991.

6. Методи на изследване в психофизиологията. / Ед. КАТО. Батуева - Санкт Петербург, 1994 г

7. Методи на клиничната неврофизиология. / Ед. В.Б. Гречина - Л., 1977г

8. Общ курс по физиология на човека и животните. В 2 T. / Ed. ПО дяволите. Ноздрачева - М., 1991г

9. Семинар по нормална физиология. / Ед. НА. Агаджанян - М.: Издателство РУДН, 1996 г.

работа 6

Предмет: “Хистологични и невроанатомични методи”

Въпроси за самоподготовка

1. Перфузия.

2. Извличане на мозък.

3. Създаване на блокове от мозъчна тъкан.

4. Изработка на секции.

5. Приготвяне на желатинирани слайдове.

6. Монтажни секции.

7. Снимане на неоцветени участъци.

8. Оцветяване.

Литература

1. Батуев А.С. Висша нервна дейност. М., 1991

2. Голям семинар по физиология на човека и животните. / Ед. Б.А. Кудряшова - М.: Висше училище, 1984.

3. Гумински А.А., Леонтьева Н.Н., Маринова К.В. Ръководство за лабораторни упражнения по обща физиология. – М.: Образование, 1990.

4. Малък семинар по физиология на човека и животните. / Ед. КАТО. Батуева - Санкт Петербург: Издателство на Санкт Петербургския държавен университет, 2001 г.

5. Методи и основни експерименти за изследване на мозъка и поведението. Дж. Буреш, О. Бурешива, Д. Хюстън / Превод от англ. – М.: Висше училище, 1991.

6. Методи на изследване в психофизиологията. / Ед. КАТО. Батуева - Санкт Петербург, 1994 г

7. Методи на клиничната неврофизиология. / Ед. В.Б. Гречина - Л., 1977г

8. Общ курс по физиология на човека и животните. В 2 T. / Ed. ПО дяволите. Ноздрачева - М., 1991г

9. Семинар по нормална физиология. / Ед. НА. Агаджанян - М.: Издателство РУДН, 1996 г.

Работа 7

Предмет: „Изучаване на различни методи и техники за изследване на соматосензорните системи на тялото“

Въпроси за самоподготовка

1. Общи принципи на координирана инервация на мускулите.

2. Реципрочна инервация на мускулите антагонисти.

3. Гръбначно животно.

4. Моносимпатична и полисимпатикова рефлексна дъга.

5. Обратимо изключване на малкия мозък при плъх.

6. Химическо разрушаване на мозъчни структури.

7. Аспирационен метод.

Литература

1. Батуев А.С. Висша нервна дейност. М., 1991

2. Голям семинар по физиология на човека и животните. / Ед. Б.А. Кудряшова - М.: Висше училище, 1984.

3. Гумински А.А., Леонтьева Н.Н., Маринова К.В. Ръководство за лабораторни упражнения по обща физиология. – М.: Образование, 1990.

4. Малък семинар по физиология на човека и животните. / Ед. КАТО. Батуева - Санкт Петербург: Издателство на Санкт Петербургския държавен университет, 2001 г.

5. Методи и основни експерименти за изследване на мозъка и поведението. Дж. Буреш, О. Бурешива, Д. Хюстън / Превод от англ. – М.: Висше училище, 1991.

6. Методи на изследване в психофизиологията. / Ед. КАТО. Батуева - Санкт Петербург, 1994 г

7. Методи на клиничната неврофизиология. / Ед. В.Б. Гречина - Л., 1977г

8. Общ курс по физиология на човека и животните. В 2 T. / Ed. ПО дяволите. Ноздрачева - М., 1991г

9. Семинар по нормална физиология. / Ед. НА. Агаджанян - М.: Издателство РУДН, 1996 г.

работа 8

Предмет: „Изучаване на различни методи и техники при изследване на висцералните системи на тялото“

Въпроси за самоподготовка

1. Регистрация на акционния потенциал (АП) на стомашния миокард и неговите промени при дразнене на вагосимпатиковия ствол.

2. Изследване на парасимпатиковите и симпатиковите влияния върху силата и честотата на сърдечните съкращения.

3. Авторегулаторна функция на интракардиалната нервна система.

4. Висцеро-сърдечни рефлекси.

5. Топография и анатомични характеристики на ендокринните жлези на плъхове.

6. Ролята на половите жлези в регулацията на вторичните полови белези.

7. Биохимично и имуноензимно определяне на нивото на кортикостероидните хормони в биологични течности на плъхове и хора.

Литература

1. Батуев А.С. Висша нервна дейност. М., 1991

2. Голям семинар по физиология на човека и животните. / Ед. Б.А. Кудряшова - М.: Висше училище, 1984.

3. Гумински А.А., Леонтьева Н.Н., Маринова К.В. Ръководство за лабораторни упражнения по обща физиология. – М.: Образование, 1990.

4. Малък семинар по физиология на човека и животните. / Ед. КАТО. Батуева - Санкт Петербург: Издателство на Санкт Петербургския държавен университет, 2001 г.

5. Методи и основни експерименти за изследване на мозъка и поведението. Дж. Буреш, О. Бурешива, Д. Хюстън / Превод от англ. – М.: Висше училище, 1991.

6. Методи на изследване в психофизиологията. / Ед. КАТО. Батуева - Санкт Петербург, 1994 г

7. Методи на клиничната неврофизиология. / Ед. В.Б. Гречина - Л., 1977г

8. Общ курс по физиология на човека и животните. В 2 T. / Ed. ПО дяволите. Ноздрачева - М., 1991г

9. Семинар по нормална физиология. / Ед. НА. Агаджанян - М.: Издателство РУДН, 1996 г.

работа 9

Предмет: “Методи за изследване на висшата нервна дейност”

Въпроси за самоподготовка

1. Метод за развитие на условни рефлекси.

2. Класически и оперантни методи за развитие на условни рефлекси.

3. Методи за изследване на краткосрочната и дългосрочната памет.

4. Неврологично изследване на плъхове.

5. Измерване на структурата на поведението.

6. Развитие на инструментални условни рефлекси.

7. Статистически методи, използвани във физиологията.

Литература

1. Батуев А.С. Висша нервна дейност. М., 1991

2. Голям семинар по физиология на човека и животните. / Ед. Б.А. Кудряшова - М.: Висше училище, 1984.

3. Гумински А.А., Леонтьева Н.Н., Маринова К.В. Ръководство за лабораторни упражнения по обща физиология. – М.: Образование, 1990.

4. Малък семинар по физиология на човека и животните. / Ед. КАТО. Батуева - Санкт Петербург: Издателство на Санкт Петербургския държавен университет, 2001 г.

5. Методи и основни експерименти за изследване на мозъка и поведението. Дж. Буреш, О. Бурешива, Д. Хюстън / Превод от англ. – М.: Висше училище, 1991.

6. Методи на изследване в психофизиологията. / Ед. КАТО. Батуева - Санкт Петербург, 1994 г

7. Методи на клиничната неврофизиология. / Ед. В.Б. Гречина - Л., 1977г

8. Общ курс по физиология на човека и животните. В 2 T. / Ed. ПО дяволите. Ноздрачева - М., 1991г

9. Семинар по нормална физиология. / Ед. НА. Агаджанян - М.: Издателство РУДН, 1996 г.

Физиологията възниква като самостоятелна наука през 15 век благодарение на изследванията на Харви и редица други естествени учени, а от края на 15 и началото на 16 век основният метод в областта на физиологията е експерименталният метод. Методът на наблюдение е най-древният, произхождащ от Др. Гърция, беше добре развит в Египет, на др. Изток, в Тибет, в Китай. Същността на този метод е дългосрочно наблюдение на промените във функциите и състоянието на тялото, записване на тези наблюдения и, ако е възможно, сравняване на визуалните наблюдения с промените в тялото след аутопсия. Хипократ включва и характера на поведението сред наблюдаваните признаци. Благодарение на внимателните си наблюдения той формулира учението за темперамента. Методът на наблюдение се използва широко във физиологията (особено в психофизиологията) и в момента методът на наблюдение се комбинира с метода на хроничния експеримент.
Експериментален метод. Физиологичният експеримент, за разлика от простото наблюдение, е целенасочена намеса в текущото функциониране на тялото, предназначена да изясни естеството и свойствата на неговите функции, техните връзки с други функции и с факторите на околната среда. Също така интервенцията често изисква хирургическа подготовка на животно, която може да има: 1) остри (вивисекция, от думата vivo - жив, sekcia - сек, т.е. нарязване на жив човек), 2) хронични (експериментално-хирургични) форми. В тази връзка експериментът е разделен на 2 вида: остър (вивисекция) и хроничен. Вивисекцията е форма на експеримент, извършван върху обездвижено животно. Вивисекцията е използвана за първи път през Средновековието, но започва да се въвежда широко във физиологичната наука през Ренесанса (XV-XVII век). По онова време анестезията не е била известна и животното е било здраво фиксирано с 4 крайника, докато е било изтезавано. Това е причината за възникването на философски групи и движения. Анимализъм (тенденции, насърчаващи хуманно отношение към животните и застъпващи се за прекратяване на жестокостта към животните; анимализмът се насърчава в момента), витализъм (застъпва се, че не са провеждани експерименти върху неанестезирани животни и доброволци), механизъм (идентифицирани процеси, протичащи правилно в животни с процеси в неживата природа, виден представител на механизма е френският физик, механик и физиолог Рене Декарт), антропоцентризъм. В началото на 19 век анестезията започва да се използва при остри експерименти. Това доведе до нарушаване на регулаторните процеси от страна на висшите процеси на централната нервна система, в резултат на което се нарушава целостта на реакцията на организма и връзката му с външната среда. Това използване на анестезия и хирургическа интервенция по време на вивисекция въвежда неконтролирани параметри в остър експеримент, които е трудно да се вземат предвид и предскажат.
Острият експеримент, като всеки експериментален метод, има своите предимства:
1) вивисекция - един от аналитичните методи, позволява да се симулират различни ситуации Семинар
2) вивисекцията дава възможност за получаване на резултати за относително кратко време. недостатъци:
1) при остър експеримент съзнанието се изключва при прилагане на анестезия и съответно се нарушава целостта на реакцията на тялото;
2) връзката между тялото и околната среда се нарушава при използване на анестезия;
3) при липса на анестезия има освобождаване на хормони на стреса и ендогенни (произведени в тялото) морфиноподобни вещества ендорфини, които имат аналгетичен ефект, който е неадекватен на нормалното физиологично състояние.
Хроничен експеримент - дългосрочно наблюдение след остра интервенция и възстановяване на взаимоотношенията с околната среда. Предимства на хроничния експеримент: тялото е възможно най-близо до условията на интензивно съществуване. Някои физиолози считат недостатъците на хроничния експеримент за това, че резултатите се получават за относително дълъг период от време. В хроничния експеримент се използват редица методически техники и подходи.
1. Електрофизиологични методи.
2. Метод за прилагане на фистули върху кухи органи и органи с отделителни канали.
Основателят на метода на фистулата беше Басов, но при прилагане на фистула по неговия метод съдържанието на стомаха влезе в епруветката заедно с храносмилателни сокове, което затрудни изследването на състава на стомашния сок, етапите на храносмилането, скоростта на храносмилателния процес и качеството на отделения стомашен сок за различните хранителни състави. Фистули могат да се поставят върху стомаха, каналите на слюнчените жлези, червата, хранопровода и др. Разликата между фистулата на Павлов и тази на Басов е, че Павлов поставя фистулата върху „малка камера“, изкуствено направена по хирургичен път и запазваща храносмилателната и хуморалната регулация. Това позволи на Павлов да идентифицира не само качествения и количествения състав на стомашния сок за приетата храна, но и механизмите на нервната и хуморалната регулация на храносмилането в стомаха. За работата си в областта на храносмилането Павлов е удостоен с Нобелова награда.
3. Хетерогенни невроваскуларни или невромускулни анастенози. Това е промяна в ефекторния орган в генетично обусловената нервна регулация на функциите. Провеждането на такива анастенози позволява да се идентифицира липсата или наличието на пластичност на неврони или нервни центрове в регулацията на функциите. При невроваскуларните анастенози ефекторните органи са кръвоносните съдове и съответно разположените в тях хемо- и барорецептори.
4. Трансплантация на различни органи. Реплантация и отстраняване на органи или различни части от мозъка (екстирпация). В резултат на отстраняването на даден орган се създава хипофункция на една или друга жлеза; в резултат на презасаждането се създава ситуация на хиперфункция или излишък на хормони на една или друга жлеза. Екстирпацията на различни части на мозъка и мозъчната кора разкрива функциите на тези части. Например, когато малкият мозък беше отстранен, се разкри ролята му в регулирането на движението, поддържането на позата и статокинетичните рефлекси. Премахването на различни области от мозъчната кора позволи на Бродман да раздели кората на 52 полета.
5. Метод на трансекция на главния и гръбначния мозък. Позволява ни да идентифицираме функционалното значение на всеки отдел на централната нервна система в регулирането на соматичните и висцералните функции на тялото, както и в регулирането на поведението.
6. Имплантиране на електроди в различни части на мозъка. Позволява ви да идентифицирате активността и функционалното значение на определена нервна структура в регулирането на функциите на тялото (моторни функции, висцерални функции и умствени). Електродите, имплантирани в мозъка, са направени от инертни материали (т.е. трябва да са упойващи): платина, сребро, паладий. Електродите позволяват не само да се идентифицира функцията на определена област, но и, напротив, да се регистрира в коя част на мозъка се появява потенциал (VT) в отговор на определени функционални функции. Микроелектродната технология дава възможност на човек да изучава физиологичните основи на психиката и поведението.
7. Имплантиране на канюли (микро). Перфузията е преминаването на разтвори с различен химичен състав през нашия компонент или наличието на метаболити в него (глюкоза, PVC, млечна киселина) или съдържанието на биологично активни вещества (хормони, неврохормони, ендорфини, енкефамини и др.). Канюлата ви позволява да инжектирате разтвори с различно съдържание в една или друга област на мозъка и да наблюдавате промени във функционалната активност от двигателната система, вътрешните органи или поведението, психологическата активност.
8. Въвеждане на белязани атоми и последващо наблюдение на позитронно-емисионен томограф (PET). Най-често се прилага ауроглюкоза, маркирана със злато (злато + глюкоза). Според образния израз на Грийн, универсалният донор на енергия във всички живи системи е АТФ, а по време на синтеза и ресинтезата на АТФ основният енергиен субстрат е глюкозата (ресинтезът на АТФ може да възникне и от креатин фосфат). Следователно количеството консумирана глюкоза се използва за преценка на функционалната активност на определена част от мозъка, неговата синтетична активност. Глюкозата се консумира от клетките, но златото не се използва и се натрупва в тази област. За синтетичната и функционалната активност се съди по различното активно злато и неговото количество.
9. Стереотактични методи. Това са методи, при които се извършват хирургични операции за имплантиране на електроди в определена област на мозъка в съответствие със стереотаксичния атлас на мозъка, последвано от регистриране на разпределените бързи и бавни биопотенциали, с регистрация на евокирани потенциали, както и регистрация на ЕЕГ и миограма.
10. Биохимични методи. Това е голяма група техники, с помощта на които се определя нивото на катиони, аниони, нейонизирани елементи (макро и микроелементи), енергийни вещества, ензими, биологично активни вещества (хормони и др.) В циркулиращите течности, тъкани , а понякога и органи. Тези методи се прилагат или in vivo (в инкубатори), или в тъкани, които продължават да секретират и синтезират произведени вещества в инкубационната среда. Биохимичните методи позволяват да се оцени функционалната активност на определен орган или част от него, а понякога и на цяла органна система. Например, нивото на 11-OCS може да се използва за преценка на функционалната активност на zona fasciculata на надбъбречната кора, но нивото на 11-OCS може също да се използва за преценка на функционалната активност на хипоталамо-хипофизно-надбъбречната система. . Като цяло, тъй като 11-OX е крайният продукт на периферната част на надбъбречната кора. 11. Хистохимични методи. Имунологични методи във физиологията.
12. Методи за изследване на физиологията на ГНИ. Планиране на експерименти За да планирате експерименти, трябва да знаете принципите и тактиката на изследването и научния подход, които се формират най-добре чрез директното провеждане на експерименти. Предимството на лабораторното изследване пред наблюдателното е, че изследователят може да контролира експерименталните условия, тоест да установи прецизен контрол върху така наречените независими променливи, за да разкрие тяхното влияние върху зависимите променливи. Зависимите променливи могат да бъдат всякакви физиологични характеристики, докато независимите променливи са условия, които се контролират от експериментатора и понякога се налагат на тялото. Условията включват директна намеса (отстраняване на части от мозъка, стимулация или употреба на различни лекарства), промени в околната среда (температура и светлина), промени в графика на подсилване, затруднения в ученето, продължителност на лишаване от храна или фактори като възраст, пол, генетична линия и т.н. За да се сведе до минимум погрешното тълкуване на експериментите поради трудността да се разграничат ефектите на експерименталните интервенции от ефектите на други променливи, трябва да се въведат контролни процедури. В идеалния случай контролната група се изследва по същия начин като експерименталната група, като се изключва влиянието на изследвания фактор, в името на който е планиран самият експеримент. Едно и също животно може да се използва както в контрола, така и в експеримент, ако например е необходимо да се сравни поведението му преди и след отстраняване на части от мозъка. Друга често срещана контролна процедура, чиято цел е да намали едновременното влияние на променливите, е балансираното прилагане на различни въздействия върху едно и също животно (например инжекции на различни лекарства или различни дози от едно и също лекарство). Друга важна точка на контрол е произволното разпределение на животните в различни групи. Това се прави най-добре с помощта на таблица с произволни числа, която е дадена в много книги по статистика (простото улавяне на животни от клетка за формиране на група не е подходящо, тъй като най-слабите или най-пасивните животни ще бъдат уловени първи). Поради възможни грешки или променливост в резултатите поради неконтролирани променливи, измерванията обикновено се повтарят и се получава средната стойност или медианата. Повтарящите се измервания включват множество наблюдения на едни и същи животни, или едно наблюдение на много животни, или и двете. Колкото по-голяма е вероятността от грешки или флуктуации, дължащи се на някои неизвестни или неконтролирани променливи, толкова по-вероятно е повтарящите се измервания да се различават и по този начин променливостта на измерванията около средната стойност ще бъде по-голяма. Статистическият анализ се използва за оценка на значимостта на наблюдаваните разлики между експериментални и контролни групи или експериментални условия. Научният анализ, независимо дали се основава на натуралистични наблюдения или лабораторни експерименти, разчита на измервания за количествено определяне на наблюденията. Така нареченото ниво на измерване определя кои аритметични операции могат да се прилагат към числата, което впоследствие определя използването на подходящи статистически методи. Изследователят трябва да вземе предвид нивото на измерванията и да предвиди естеството на статистическата обработка на резултатите още при планирането на експерименти, тъй като тези съображения ще помогнат за разрешаването на проблема с точността на измервателните уреди и необходимия брой експерименти. Оборудване за изследване на физиологичните функции. Успехите на съвременната физиология в изучаването на функциите на целия организъм, неговите системи, органи, тъкани и клетки до голяма степен се дължат на широкото въвеждане в практиката на физиологичните експерименти на електронно оборудване, анализиращи устройства и електронни компютри, както и биохимични и фармакологични методи на изследване. При изучаване на физиологичните функции с помощта на различно оборудване се формират уникални системи в експерименти. Те могат да бъдат разделени на две групи: 1) системи за регистриране на различни прояви на жизнената дейност и анализ на получените данни и 2) системи за въздействие върху тялото или неговите структурни и функционални единици. Система, която позволява запис на биоелектрични процеси в тялото, се състои от обект на изследване, изходни електроди, усилвател, записващо устройство и захранване. Записващи системи от този вид се използват за електрокардиография, електроенцефалография, електрогастрография, електромиография и др. При изучаване и записване на редица неелектрически процеси с помощта на електронно оборудване, те трябва първо да бъдат преобразувани в електрически сигнали. За това се използват различни сензори.
Някои сензори са в състояние сами да генерират електрически сигнали и не изискват захранване от източник на ток, докато други изискват това захранване. Големината на сензорните сигнали обикновено е малка, така че те трябва да бъдат предварително усилени, за да ги регистрират. Системи със сензори се използват за балистокардиография, плетизмография, сфигмография, запис на двигателна активност, кръвно налягане, дишане, определяне на газовете в кръвта и издишания въздух и др. Ако системите се допълнят и съгласуват с работата на радиопредавател, става възможно за предаване и запис на физиологични функции на значително разстояние от обекта на изследване. Този метод се нарича биотелеметрия. Развитието на биотелеметрията се определя от въвеждането на микроминиатюризацията в радиотехниката. Тя ви позволява да изучавате физиологичните функции не само в лабораторни условия, но и в условия на свободно поведение, по време на работа и спортни дейности, независимо от разстоянието между обекта на изследване и изследователя. Системите, предназначени да въздействат на тялото или неговите структурни и функционални единици, имат различни ефекти: задействащи, стимулиращи и инхибиращи.
Методите и вариантите на въздействие могат да бъдат много разнообразни. При изследване на дистанционни анализатори стимулиращият импулс може да се възприеме от разстояние; в тези случаи не са необходими стимулиращи електроди. Така например можете да въздействате на зрителния анализатор със светлина, на слуховия - със звук, а на обонятелния - с различни миризми. Във физиологичните експерименти електрическият ток често се използва като стимул и затова електронните импулсни стимулатори и стимулиращите електроди са широко разпространени. Електростимулацията се използва за стимулиране на рецептори, клетки, мускули, нервни влакна, нерви, нервни центрове и др. При необходимост може да се използва биотелеметрична стимулация. Изследванията на физиологичните функции се извършват не само в покой, но и при различни физически натоварвания.
Последният може да бъде създаден или. извършване на определени упражнения (клякове, бягане и др.), или използване на различни уреди (велоергометър, бягаща пътека и др.), които дават възможност за точно дозиране на натоварването. Системите за запис и стимулиране често се използват едновременно, което значително разширява възможностите на физиологичните експерименти. Тези системи могат да се комбинират по различни начини.

Физиологията е експериментална наука, т.е. всички негови теоретични положения се основават на резултатите от експерименти и наблюдения.

Наблюдение се използва от първите стъпки в развитието на физиологичната наука. Когато провеждат наблюдение, изследователите дават устен доклад за резултатите. В този случай обектът на наблюдение обикновено се намира в естествени условия без специални въздействия върху него от страна на изследователя. Недостатъкът на простото наблюдение е ограничената възможност за получаване на количествени показатели и възприемане на бързи процеси. И така, в началото на 17 век. V. Harvey, след като наблюдава работата на сърцето при малки животни, пише: „Скоростта на сърдечното движение не ни позволява да различим как възникват систола и диастола и следователно е невъзможно да се знае в кой момент и в коя част разширяването и се получава свиване.”

По-големи възможности от простото наблюдение при изучаването на физиологичните процеси предоставя стадирането експерименти. При извършване на физиологичен експеримент изследователят изкуствено създава условия за идентифициране на същността и закономерностите на протичането на физиологичните процеси. Върху жив обект могат да се прилагат дозирани физични и химични въздействия, да се въвеждат различни вещества в кръвта или органите, да се изследва реакцията на органи и системи.

Експериментите във физиологията се делят на остри и хронични. Остри преживяваниясе извършват върху животни и се характеризират с това, че целта не е да се запази живота на животното, а след експеримента то умира. По време на такова преживяване могат да бъдат направени и отстранени разрези, несъвместими с живота органи.Отстранените органи се наричат ​​изолирани. Техен меся сев солни разтвори, които са сходни по състав или поне по съдържаниеосновни минерали в плазмата кръв.Такива разтвори се наричат ​​физиологични. Сред най-простите физиологични разтвори е изотоничният 0,9% разтвор на натриев хлорид.

Постановкаексперименти с използване на изолирани или гансе особено популярен през периода 17-ти - началото на 20-ти век. когато е имало натрупване на знания за функциите на органите и техните ефикасенструктури.За продукцииЗа физиологични експерименти е най-удобно да се използват изолирани органи на хладнокръвни животни. По този начин е достатъчно да се измие изолираното жабешко сърце с физиологичен разтвор на Рингер и при стайна температура то ще се свие в продължение на много часове. от-поради лекотата на приготвяне и важността на получената информация, такива биологични препарати започват да се използват не само във физиологията, но и в други области на медицинската наука. Например препарат от изолирано сърце на жаба (по метода на Straub) се използва като стандартизиран обект за изследване на биологичната активност на определени лекарства по време на серийното им производство и разработването на нови лекарства.

Възможностите за остро преживяване обаче са ограничени не само поради етични проблеми, свързани с факта, че животните умират по време на експеримента и възможността за причиняване на болезнени ефекти върху тях с недостатъчно адекватна анестезия, но и поради факта, че изследването не е провежда се в условията на целия организъм, но при нарушение на системните регулаторни механизми.

Хроничен опитлипсват редица изброени недостатъци. При хроничен експеримент изследването се провежда върху практически здраво животно, при минимални въздействия върху него и запазване на живота му. Преди изследване на животно могат да се извършват операции, за да се подготви за експеримента (имплантират се електроди, правят се фистули за достъп до кухините и каналите на органите). В този случай животното се подлага на експеримент, след като повърхността на раната е зараснала и функциите са възстановени.

Важно събитие в развитието на физиологичните техники беше въвеждането на графично записване на наблюдаваните явления. Немският учен К. Лудвиг изобретява кимографа и пръв записва флуктуациите (вълните) на артериалното кръвно налягане. След това са разработени методи за записване на физиологични процеси с помощта на механични зъбни колела (лостове на Engelmann), въздушни зъбни колела (капсула на Marey) и методи за записване на кръвоснабдяването на органите и техния обем (плетизмограф на Mosso). Кривите, получени от такива регистрации, обикновено се наричат ​​кимограми.

По-широки методологични възможности за разбиране на физиологията на хората и животните се появиха след създаването на теорията за електричеството и инструментите за регистриране на електрически потенциали и дозирани ефекти на електрически ток върху тялото. Електрическите стимули се оказват най-адекватни за въздействие върху нервните и мускулни структури. При умерена сила и продължителност на стимула тези ефекти не причиняват увреждане на изследваните структури и могат да се прилагат многократно. Отговорът на тях обикновено приключва за част от секундата.

Развитието на физиката, химията, кибернетиката в края на 20 век. създаде основата за качествено подобряване на физиологичните методи на изследване. Методите, разработени от физиолозите, се използват широко в клиничната практика.

По-долу са изброени някои от най-важните съвременни изисквания за настоящи и новоразработени методи за физиологични изследвания.

Безопасност на изследването, липса на травматизация и увреждане на обекта на изследване.

Скорост на сензори и записващи устройства.

Възможност за синхронен запис на няколко показателя на физиологичните функции.

Възможност за дългосрочно записване на изследваните показатели. Това позволява да се идентифицира цикличният характер на физиологичните процеси, да се определят параметрите на циркадните (циркадните) ритми и да се идентифицира наличието на пароксизмални (епизодични) нарушения на процесите.

Малки размери и тегло на апаратите, позволяващи изследване не само в болница, но и на терен, по време на трудова или спортна дейност на човек.

Използването на компютърните технологии и постиженията на кибернетиката за запис и анализ на получените данни, както и моделиране на физиологични процеси. При използване на компютърни технологии времето за запис на данни и тяхната математическа обработка рязко намалява и става възможно извличането на повече информация от получените сигнали.

Въпреки редица предимства на съвременните методи на физиологично изследване, правилността на определяне показателифизиологичните функции до голяма степен зависят от качеството на образованието на медицинския персонал, от знанията същностфизиологични процеси, характеристики на сензорите и принципи на работа на използваните устройства, работоспособност сна пациента, да му дава инструкции, да следи напредъка на тяхното изпълнение и да коригира действията на пациента.

Резултатите от еднократни измервания или динамични наблюдения, извършени от различни медицински специалисти на един и същи пациент, не винаги съвпадат. Следователно проблемът за повишаване на надеждността на диагностичните процедури и качеството на изследванията остава.

Качеството на изследването се характеризира с точност, коректност, сходимост и възпроизводимост на измерванията.

Количествената характеристика на физиологичния показател, определена по време на изследването, зависи както от истинската стойност на параметъра на този показател, така и от редица грешки, въведени от устройството и медицинския персонал. Тези грешки се наричат аналитична променливост.Обикновено се изисква аналитичната променливост да не надвишава 10% от измерената стойност. Тъй като истинската стойност на индикатора за едно и също лице може да се промени поради биологични ритми, метеорологични условия и други фактори, терминът интраиндивидуални вариации.Разликата в един и същ показател сред различните хора се нарича междуиндивидуални вариации.Извиква се съвкупността от всички грешки и колебания на един параметър тотална променливост.

Важна роля за получаване на информация за състоянието и степента на увреждане на физиологичните функции принадлежи на така наречените функционални тестове. Вместо термина „функционален тест” често се използва „тест” Извършването на функционални тестове е тестване. В клиничната практика обаче терминът „тест“ се използва по-често и в малко по-разширен смисъл от „функционален тест“.

Функционален тествключва изследване на физиологични показатели в динамика, преди и след извършване на определени въздействия върху тялото или произволни действия на субекта. Най-често използвани са функционалните тестове с дозирано физическо натоварване. Извършват се и входни тестове, които разкриват промени в положението на тялото в пространството, напрежение, промени в газовия състав на вдишания въздух, прилагане на лекарства, загряване, охлаждане, изпиване на определена доза алкален разтвор и много други показатели.

Най-важните изисквания за функционалните тестове включват надеждност и валидност.

Надеждност -способност за извършване на теста със задоволителна точност от полуквалифициран специалист. Високата надеждност е присъща на сравнително прости тестове, чието изпълнение е малко повлияно от околната среда. Признават се най-надеждните тестове, отразяващи състоянието или количеството на резервите на физиологичната функция справка, стандартили референтни.

Концепция валидностотразява пригодността на тест или метод за предназначението му. Ако се въведе нов тест, неговата валидност се оценява чрез сравняване на резултатите, получени с помощта на този тест, с резултатите от предишни признати референтни тестове. Ако нововъведеният тест ви позволява да намерите правилните отговори на въпросите, зададени по време на тестването, в по-голям брой случаи, тогава този тест има висока валидност.

Използването на функционални тестове драстично увеличава диагностичните възможности само ако тези тестове се извършват правилно. Адекватният им подбор, прилагане и тълкуване изискват от медицинските работници задълбочени теоретични познания и достатъчен опит в изпълнението на практическата работа.