Физиологични методи на изследване. Физиологията като наука

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

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

Методи на изследване във физиологията

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

наблюдение -метод за получаване на информация чрез директно, като правило, визуално регистриране 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 експеримент, който се прилага за относително кратко време. Хроничният експеримент е експеримент, който продължава дълго време (дни, седмици, месеци, години).

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 мумифицирането 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 (налагане на фистули, имплантиране на електроди), което позволява по-надеждно да се определи механизмът на функциониране на органите и тъканите. Например, чрез наблюдение на дейността на слюнчената жлеза може да се определи колко слюнка се отделя през определен период от деня, нейният цвят, плътност и др.

Но наблюдението на явление 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 намеса 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 в 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, ви позволява да разберете причината за изпълнението на процес или функция.

вивисекцияса проведени в ранните етапи от развитието на физиологията върху обездвижени животни без използване на анестезия. Но от 19в в острия експеримент е използвана обща анестезия.

остър експериментима своите достойнства 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 бяха разработени по-късни 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 анестезирано животно се подлага на хирургична операция, която позволява достъп до специфичен вътрешен орган, имплантира се фистулна тръба или каналът на жлезата се отстранява и зашива към кожата. Самият експеримент започва след зарастването на следоперативната рана и възстановяването на животното, 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 просто и сложно съвременно оборудване, устройства, включени в системи, предназначени да влияят на обект и да регистрират различни прояви на жизнена дейност.

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 изследвания процес.

По-късно са разработени методи за регистриране на съкращението 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 филм. Графичното регистриране на биоелектричните потенциали служи като основа за развитието на електрофизиологията. В момента електроенцефалографията се използва широко в практиката и научните изследвания.

Важна стъпка в развитието на електрофизиологията е изобретяването на микроелектродите. С помощта на микроманипулатори те могат да се инжектират директно в клетката и да се записват биоелектрични потенциали. Микроелектродната техника направи възможно дешифрирането на механизмите на генериране на биопотенциал 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. В момента за това се използват електронни стимулатори, които ви позволяват да получавате 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, ви позволява да разберете ефекта му върху различни органи и системи на животното. Отстраняването на различни части от мозъчната кора позволи на учените да открият ефекта им върху тялото.

Съвременният напредък във физиологията се дължи на използването на електронни 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 идентифициране на различни метаболити в органи и тъкани при животни в нормално състояние и при патология с висока точност.

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

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 описват резултатите от него. 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 XVII 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 в изучаването на физиологичните процеси ще бъдат дадени чрез настройка експерименти.При извършване на физиологичен експеримент изследователят изкуствено ще създаде условия за разкриване на същността и закономерностите на протичането на физиологичните процеси. Към жив обект могат да се прилагат дозирани физични и химични ефекти, въвеждане на различни вещества в кръвта или органите и регистриране на отговор на въздействието.

Експериментите във физиологията се делят на остри и хронични. Ефекти върху експериментални животни в остри експериментимогат да бъдат несъвместими с опазването на живота на животните, например ефектът от големи дози радиация, токсични вещества, загуба на кръв, изкуствен сърдечен арест, арест на кръвния поток. Отделни органи могат да бъдат отстранени от животни, за да се изследват техните физиологични функции или възможността за трансплантация в други животни. За поддържане на жизнеспособността отстранените (изолирани) органи се поставят в охладени физиологични разтвори, които са сходни по състав или поне по съдържание на най-важните минерални вещества 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, измито 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, изолиран препарат от жабешко сърце (метод на Straub) се използва като стандартизиран обект за тестване на биологичната активност при серийното производство на някои лекарства и разработването на нови лекарства.

Въпреки това, възможностите на острия експеримент са ограничени не само поради етичните проблеми, свързани с факта, че животните по време на експеримента са изложени на болка и умират, но и защото изследването често се провежда в нарушение на системните механизми, които регулират протичане на физиологични функции, или в изкуствени условия - извън целия организъм.

хроничен опитлишен от някои от горните 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 зарастването на повърхността на раната и възстановяването на нарушените функции.

Важно събитие в развитието на физиологичните методи на изследване е въвеждането на графичен запис на наблюдаваните явления. Немският учен К. Лудвиг изобретява кимографа и пръв регистрира 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 Енгелман), въздушни зъбни колела (капсула на Марей), методи за записване на кръвонапълването на органите и техния обем (плетизмограф на Мосо). Кривите, получени при 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 определени области на зъбната повърхност позволиха да се определи количествено силата на дъвкателните мускули, естеството на прилягането на дъвкателната повърхност на зъбите от горната и долната част челюсти.

По-широки възможности за изучаване на физиологичните функции на човешкия и животинския организъм се появиха след откриването на електрическия ток 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 сърдечни 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 мускулна контракция. 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 умерени по сила и продължителност външни електрически или електромагнитни въздействия (стимули) 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. бяха създадени условия за качествено усъвършенстване на методите на физиологичните 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 визуализационните методи за изследване. Това са 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 прилагането на физиологични методи за изследване в практиката. Сред тези изисквания най-важните са:

• безопасността на изследването, липсата на травма и увреждане на обекта, който се изследва;
• висока чувствителност, скорост на сензори и записващи устройства, възможност за синхронна регистрация на няколко показателя за физиологични функции;
• възможността за дългосрочно регистриране на изследваните показатели. Това дава възможност да се разкрие цикличността на хода на физиологичните процеси, да се определят параметрите на циркадните (циркадни) ритми, да се идентифицира наличието на пароксизмални (епизодични) нарушения на процесите;
• съответствие с международните стандарти;
• малките размери и тегло на устройствата позволяват да се провеждат изследвания не само в болница, 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 тяхната 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 с използваните устройства, умение да работи с пациент, 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 при 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 при 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 при различните хора се нарича междуиндивидуални вариации.Извиква се съвкупността от всички грешки и колебания на параметрите обща променливост.

функционален тест

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

функционален тествключва изследване на физиологичните параметри в динамика, преди и след извършването на определени въздействия върху тялото или произволни действия на субекта. Най-често използваните функционални тестове с дозирано физическо натоварване. Тестовете се извършват и чрез входни въздействия, при които промени в положението на тялото в пространството, напрежение, промени в газовия състав на вдишания въздух, въвеждане на лекарства, загряване, охлаждане, изпиване на определена доза алкален разтвор , разкриват се и много други показатели.

Надеждността и валидността са сред най-важните изисквания за функционални тестове.

Надеждност -способност за извършване на теста със задоволителна точност от специалист със средна квалификация. Високата надеждност е присъща на сравнително прости тестове, чието изпълнение е малко засегнато от околната среда. Най-надеждните тестове, които отразяват състоянието или величината на резервите на физиологичната функция, се признават 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 позволява в по-голям брой случаи да се намерят правилните отговори на въпросите, зададени по време на тестването, тогава този тест има висока валидност.

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

Методи за физиологично изследване

Наблюдението като метод на физиологично изследване. Сравнително бавното развитие на експерименталната физиология в продължение на два 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. Такава методологична техника е била и остава причина за множество грешки, тъй като експериментаторът трябва да проведе експеримент, да види и запомни много сложни процеси и явления, което е трудна задача. Думите на Харви красноречиво свидетелстват за трудностите, които техниката на простото наблюдение на физиологичните явления създава: „Скоростта на сърдечните движения не ни позволява да различим как възникват систолата и диастолата и следователно е невъзможно да знаем в кой момент и в коя част настъпва 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 струваше веднъж тук систола, а тук - диастола, друг път - обратно. Всичко е различно и противоречиво.”

Наистина, физиологичните процеси са динамични явления. Те непрекъснато се развиват и променят, така че само 1-2 или в най-добрия случай 2-3 процеса могат да бъдат пряко наблюдавани. За да се анализират обаче, е необходимо да се установи връзката на тези явления с други процеси, които при този метод на изследване остават незабелязани. В резултат на това простото наблюдение на физиологичните процеси като изследователски метод е източник на субективни грешки. Обикновено наблюдението позволява да се установи 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 графичен запис на кръвното налягане от немския учен Карл Лудвиг през 1847 г.

Графично регистриране на физиологични процеси. Методът на графичното регистриране бележи нов етап във физиологията. Това направи възможно извършването на обективен запис на изследвания процес, което сведе 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. Получените данни могат да бъдат анализирани по-късно, когато вниманието на експериментатора вече не се насочва към експеримента. Методът на графичния запис дава възможност да се записват едновременно (синхронно) не един, а няколко физиологични процеса.

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

Изследвания на биоелектрични явления. Изключително важна насока в развитието на физиологията бе белязана от откриването на "животински 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 потенциалите, генерирани от живите тъкани (биоелектрични потенциали), е нервно-мускулната подготовка на жабата. Той помогна да се открият 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 от "вторичния тетанус" на Matteucci). Стана ясно, че биоелектричните потенциали не са случайни (странични) явления в дейността на живите тъкани, а сигнали, чрез които се предават "команди" в тялото в нервната система и от нея към мускулите и другите органи. Така живите тъкани си взаимодействат с помощта на „електрически език“.

Беше възможно да се разбере този "език" много по-късно, след изобретяването на физически устройства, които улавят биоелектрични потенциали. Едно от първите подобни устройства беше обикновен телефон. Забележителният руски физиолог Н. Е. Введенски, използвайки телефона, 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 изследват чрез наблюдение. Значителна стъпка напред беше изобретяването на техника за обективен графичен запис на биоелектрични явления. Холандският физиолог Айнтховен изобретява струнния галванометър - устройство, което позволява да се регистрират върху фотолента електрическите потенциали, произтичащи от дейността на сърцето - електрокардиограма (ЕКГ). В нашата страна пионерът на този метод е най-големият физиолог, ученик на И. М. Сеченов и И. П. Павлов, А. Ф. Самойлов, работил известно време в лабораторията на Айнтховен в Лайден.

Електрокардиографията от физиологични лаборатории много скоро премина 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 контрол, които дават възможност за запис на ЕКГ и други физиологични процеси при астронавти в 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.

Обективното графично регистриране на биоелектричните потенциали послужи като основа за най-важния раздел 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 регистрират биотокове на мозъка. По-късно този метод е усъвършенстван от немския учен Бергер. Понастоящем електроенцефалографията се използва широко в клиниката, както и графичното записване на електрическите потенциали на мускулите (електромиография), нервите 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 микроелектроди, т.е. най-тънките електроди, чийто диаметър на върха е равен на части от микрона. Тези електроди могат да бъдат вкарани директно в клетката с помощта на микроманипулатори и биоелектричните потенциали могат да бъдат записани вътреклетъчно. Микроелектродната технология направи възможно дешифрирането на механизмите за 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: топлинни, механични, химични и др. Електростимулацията по своята природа е близка до „естествения език“, с който живите системи обменят информация. Основоположник на този метод е немският физиолог Дюбоа-Реймонд, който предлага своя прочут "шейнен апарат" (индукционна намотка) за дозирана електрическа стимулация на живи тъкани.

Понастоящем за тази цел 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, разработват се методи за електрическа стимулация на мозъчни области с помощта на имплантирани електроди. Последните с помощта на специални стереотаксични устройства се инжектират 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 физични процеси, както и резултатите от въздействието 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. Следователно възниква област на химията, която изучава тези процеси - физиологична химия. Днес тя се превърна в самостоятелна наука - биологична химия, която разкрива молекулярните механизми на физиологичните процеси. Физиолозите в експериментите широко използват методи, възникнали в пресечната точка на химията, физиката и биологията, което от своя страна вече е породило нови клонове на науката, например биологичната физика, която изучава физическата страна на физиологичните явления.

Физиологът използва широко радионуклидни методи. В съвременните физиологични изследвания се 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 електронни 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. В редица устройства се използват допълнителни ефекти върху тялото (ултразвукови или електромагнитни вълни и др.). В такива случаи се записват стойностите на параметрите на тези влияния, 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 устройството, проникват в тялото и след отразяване на изследвания орган се записват от сензора. Този принцип се използва например за ултразвукови разходомери, които определят скоростта на кръвния поток в съдовете; реографите и реоплетизмографите регистрират промени в електрическото съпротивление на тъканите, което зависи от кръвонапълването 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 инициатор на използването на радиоелектронна апаратура за физиологични изследвания е академик В. В. Парин.

Метод на острия експеримент. Напредъкът на науката се дължи не само на развитието на експерименталната наука и изследователските методи. Това зависи до голяма степен и от еволюцията на мисленето на физиолозите, от развитието на методологичните и методически подходи към изследването на физиологичните явления. От началото на своето възникване до 80-те години на миналия век физиологията си 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. В същото време, за да получи достъп до всеки вътрешен орган или система, физиологът трябваше да се занимава с вивисекция (живо рязане). 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 в дълбините на тялото. Не е само моралната страна на проблема. Тежки изтезания, непоносими страдания, на които е било подложено животното, грубо са нарушили нормалния ход на физиологичните явления и не са позволили да се разбере същността на процесите, протичащи в организма при естествени условия, в норма. Значително не помогна и използването на анестезия, както и други методи на анестезия. 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 този или онзи процес или функция на орган или система, беше необходимо да се проникне в дълбините на организма и самият опит за такова проникване наруши нормалното протичане на физиологичните процеси, за изследването на които експериментът беше предприето. В допълнение, изследването на изолирани органи не дава представа за истинската им функция в условията на холистичен, неувреден организъм.

Метод на хроничния експеримент. Най-голямата заслуга на руската наука в историята на физиологията е, че един от нейните най-талантливи и блестящи представители, И. П. Павлов, успя да намери изход от тази задънена улица. И. П. Павлов болезнено осъзнаваше недостатъците на аналитичната физиология и острия експеримент. Той намери начин да надникне в дълбините на тялото, без да нарушава целостта му. Това беше метод на хроничен експеримент, проведен на базата на "физиологична хирургия".

На упоено животно в стерилни условия предварително се извършва сложна операция, позволяваща достъп до един или друг вътрешен орган, прави се „прозорец” на кух орган, имплантира се фистулна тръба или се извежда и зашива каналът на жлезата. кожата. Самият експеримент започна много дни по-късно, когато раната заздравя, животното се възстанови и по отношение на естеството на хода на физиологичните процеси практически не се различаваше от нормалното, здраво. Благодарение на наложената фистула беше възможно дълго време да се изучава хода на определени физиологични процеси в естествените условия на поведение.

Физиологията е наука, която изучава механизмите на функциониране на организма във връзката му с околната среда (това е наука за живота 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 - началото на 16 век основният метод в областта на физиологията е метод на експеримента. 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. Ноздрочев. Физиология. Общ курс. 2 т.

9. Изд. Кураев. 3 с. Преведен учебник? човешката физиология.

Метод на наблюдение- най-древният, възникнал в Др. Гърция, беше добре развит в Египет, на Dr. Изток, Тибет, Китай. Същността на този метод се състои в дългосрочното наблюдение на промените във функциите и състоянията на тялото, фиксирането на тези наблюдения и, ако е възможно, сравняването на визуалните наблюдения с промените в тялото след отваряне. 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, устата, както и обемът и цвета на урината , неговата прозрачност, количеството и естеството на отделените 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 нарушение на функциите на един или друг орган, например, ако изпражненията са бели, е допустимо да се предположи нарушение на функциите на черния дроб, ако изпражненията са черни или тъмни, тогава е възможно да се предположи стомашно или чревно кървене. Като допълнителен критерий послужиха промени в цвета и тургора на кожата, подуване на кожата, нейния характер, цвят на склерата, изпотяване, треперене и др.

Хипократ приписва характера на поведението на наблюдаваните признаци. Благодарение на внимателните си наблюдения той формулира учението за темперамента, според което цялото човечество се разделя на 4 типа според характеристиките на поведението: холерик, сангвиник, флегматик, меланхолик, но Хипократ се заблуждава във физиологичната обосновка на типовете . Всеки тип се основава на съотношението на основните телесни течности: sangvi - кръв, храчки - тъканна течност, cholea - жлъчка, melancholea - черна жлъчка. Научната теоретична обосновка на темпераментите е дадена от Павлов в резултат на продължителни експериментални изследвания и се оказва, че темпераментът се основава не на съотношението на течностите, а на съотношението на нервните процеси на възбуждане и инхибиране, степента на тяхната тежест и преобладаването на един процес над друг, както и скоростта на промяна на един процес от други.

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

Метод на експеримента. Физиологичният експеримент, за разлика от простото наблюдение, е целенасочена намеса в текущото управление на организма, 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 животното, която може да носи: 1) остри (вивисекция, от думата vivo - жив, sekcia - secu, т.е. secu за живите), 2) хронични (експериментално-хирургични) форми.

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. За първи път вивисекцията започва да се използва през Средновековието, но започва да се въвежда широко във физиологичната наука през Ренесанса (XV-XVII век). Анестезията по това време не е била известна и животното е било здраво фиксирано с 4 крайника, докато е изпитвало мъки и е издавало сърцераздирателни викове. Експериментите се провеждали в специални помещения, които хората нарекли „дяволски“. Това беше причината за появата на философски групи и течения. Анимализъм (тенденции, насърчаващи хуманно отношение към животните и застъпници за прекратяване на малтретирането на животни, анимализмът се популяризира в момента), витализъм (застъпване, че не са провеждани експерименти върху неупоени животни и доброволци), механизъм (идентифициран правилно протичащи в животно 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 тялото и връзката му с външната среда. Подобно използване на анестезия и хирургически тормоз по време на вивисекция въвежда неконтролирани параметри в острия експеримент, които е трудно да се вземат предвид и предвидят. Острият експеримент, както всеки експериментален метод, има своите предимства: 1) вивисекция - един от аналитичните методи, позволява да се симулират различни ситуации, 2) вивисекцията дава възможност за получаване на 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 анестезия, 3) в липса на анестезия, има неадекватно освобождаване на хормони на стреса и ендогенни (произвеждани от вътрешността на тялото) морфиноподобни вещества на 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 приписват недостатъците на хроничния експеримент на факта, че резултатите се получават за сравнително дълго време.

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

Методът, разработен от Павлов, е метод за налагане на фистули върху кухи органи и органи, които имат отделителни канали. Предшественикът на метода на фистулата е Басов, но когато се прилага фистула по неговия метод, съдържанието на стомаха попада в епруветката заедно с храносмилателни сокове, което затруднява изследването на състава на стомашния сок, етапите на храносмилането, скоростта на храносмилателните процеси и качеството на отделения стомашен сок за различни хранителни състави.

Фистулите могат да се наслагват върху стомаха, каналите на слюнчените жлези, червата, хранопровода и др. Разликата между павловската фистула и басовската е, че Павлов прилага фистулата към „малката камера“, която е изкуствено направена хирургически и задържана храносмилателна и хуморална регулация. Това позволи на Павлов да разкрие не само качествения и количествения състав на стомашния сок за приемане на 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 - върху постъпващата храна се отделя стомашен сок, 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 разкрива липсата или наличието на пластичност на неврони или нервни центрове в регулацията на функциите, т.е. дали седалищният нерв с останалата част от гръбначния стълб може да контролира дихателните мускули.

При нервно-съдовите анастенози ефекторни 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 се извърши невроваскуларна анастеноза при две кучета в каротидната зона (разклонение на дъгата на каротидната артерия), тогава е възможно да се идентифицира ролята на различни части на централната нервна система в регулирането на дишането, хемопоезата, и съдовия тонус. В същото време режимът на вдишвания въздух се променя при дънно куче, а регулирането се вижда при друго.

Трансплантация на различни органи. Презасаждане и отстраняване на органи или различни части от мозъка (екстирпация).В резултат на отстраняване на орган се създава хипофункция на определена жлеза, в резултат на презасаждане се създава ситуация на хиперфункция или излишък на хормони на определена жлеза.

Екстирпацията на различни части на мозъка и коронарния мозък разкрива функциите на тези отдели. Например, когато малкият мозък беше отстранен, беше разкрито участието му в регулирането на движението, в поддържането на позата и статокинетичните рефлекси.

Отстраняването на различни участъци от мозъчната кора позволи на Бродман да картографира мозъка. Той раздели кората на 52 полета според функционалните елементи.

Методът на трансекция на гръбначния мозък.Позволява ви да идентифицирате 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. те трябва да са упойващи): платина, сребро, паладий. Електродите позволяват не само да се разкрие функцията на една или друга област, но и обратно, да се регистрира в коя част на мозъка появата предизвиква потенциал (BT) в отговор на определени функционални функции. Микроелектродната технология дава възможност на човек да изучава физиологичните основи на психиката и поведението.

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

Микроелектродната технология и конюгацията 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, АТФ е универсалният енергиен донор във всички живи системи, а при синтеза и ресинтезата на АТФ глюкозата е основният енергиен субстрат (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, докато златото не се използва и се натрупва в тази област. Според мултиактивното злато количеството му се съди за синтетичната и функционалната активност.

стереотаксични методи.Това са методи, при които се извършват хирургични операции за имплантиране на електроди в определена област на мозъка в съответствие с мозъчната стереотаксична матрица, последвано от запис на зададените бързи и бавни биопотенциали, със запис на евокирани потенциали, както и запис на ЕЕГ, миограми.

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

биохимични методи.Това е голяма група методи, чрез които в циркулиращите течности, тъкани, а понякога и органи се определя нивото на катиони, аниони, йонизирани елементи (макро и микроелементи), енергийни вещества, ензими, биологично активни вещества (хормони и др.). . 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 дори на цяла система от органи. Например, нивото на 11-OCS може да се използва за преценка на функционалната активност на фасцикуларната зона 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-OCS е крайният продукт на периферната връзка 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. Главно защото се е съдило по усещания и впечатления, т.е. използвайки субективни методи. Успехът в тази област на знанието се определя, когато умствената дейност (GNA) започва да се оценява с помощта на обективен метод на условни 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 БНД и локализирането на процесите на БНД в мозъка. От всички техники най-често се използват следните:

Тестване на възможността за формиране на различни форми на условни рефлекси (към тон, цвят и др.), което ни позволява да преценим условията на първичното възприятие. Сравнението на тези граници при животни от различни видове позволява да се разкрие посоката, в която е протекла еволюцията на сетивните системи на GNA.

Онтогенетично изследване на условните рефлекси. Сложното поведение на животни от различни възрасти, когато се изследва, позволява 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 били развити условни рефлекси за мляко, а при тези кучета, които са били хранени с месо от детството, условните рефлекси са били лесно развити за месо . По този начин кучетата нямат строго предпочитание към вида месоядна храна, важното е тя да е пълноценна.

Филогенетично изследване на условните рефлекси.Сравнявайки свойствата на условнорефлекторната дейност на животни от различни нива на развитие, може да се прецени в каква посока върви еволюцията на БНД. Например, оказа се, че скоростта на формиране на условни рефлекси рязко от безгръбначни и гръбначни, се променя сравнително фино през цялата история на развитието на гръбначните и рязко достига способността на човек незабавно да свързва съвпадащи събития (импринтинг), импринтингът също е характеристика на разплодните птици (патетата, излюпени от яйца, могат да следват всеки обект: пиле, човек и дори движеща се играчка. Преходите между безгръбначни и гръбначни, гръбначни животни и хора отразяват критичните етапи на еволюцията, свързани с появата и развитието на GNA (насекомите имат неклетъчна нервна система, коелентерните имат ретикуларен тип, при гръбначните - тръбен тип, при птиците се появяват топкови ганглии, някои причиняват високо развитие на условна рефлексна активност. При хората мозъчната кора е добре развита, което причинява скока.

Екологично изследване на условните рефлекси.Потенциалът за действие, възникващ 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 вегетативните (висцерални) рефлекси на тялото. Директното стимулиране на нервните структури на мозъка позволява да се поставят моделни експерименти за образуване на нервни връзки между изкуствени огнища на възбуждане. Възможно е също така 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 имат те върху скоростта и силата на образуване на условни рефлекси, върху способността за преработване на условния рефлекс, което позволява да се прецени функционалната мобилност на централната нервна система, както и функционалното състояние на кортикалните неврони и тяхната работа. Например, установено е, че кофеинът осигурява образуването на условни рефлекси, когато нервните клетки са високоефективни, 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 областите на мозъчния ствол. По същия начин се определя локализацията на кортикалните краища на анализаторите.

Моделиране на процесите на условнорефлексна дейност. Павлов също привлече математици, за да изрази с формула количествената зависимост на образуването на условен рефлекс от честотата на неговото засилване. Оказа се, че при повечето здрави животни, включително и при хора, условен 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 вазопроцесия, 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.

Лаборатория №1

Предмет:Методи за екстирпация и презасаждане

Мишена:Запознаване с методите за екстирпация и реплантация на паращитовидните жлези. Моделиране на хипо- и хиперпаратироидизъм.

Оборудване:лабораторни животни (5 плъха), електрокоагулатор, пинсети, ножици, скалпел, йод, игли за зашиване на кожата, конци, операционна маса, етер за анестезия, фуния.

Напредък

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

Дефицитът на паратироидни хормони се създава чрез отстраняване на двете паращитовидни жлези с помощта на високочестотен електрохирургичен апарат EH-30. Принципът на работа на устройството е следният: поради високочестотния ток тъканите бързо се нагряват и съдържанието на клетките се изпарява. Апаратът работи в 2 режима: "разрязване" и "коагулация". Отстраняването на жлезите става в режим на коагулация с тънък електрод, d е приблизително равен на размера на PTG. За коагулация на жлезите е достатъчен контакт за 1-1,5 s. В режим на рязане жлезите могат да се екстилират. Предимствата на коагулацията в сравнение с екстилацията на PTG са, че се изключва загубата на кръв и тъканта на щитовидната жлеза не се уврежда. Следоперативен период 2 седмици.

работа 2.Моделиране на излишните паратироидни хормони при плъхове.

Методът на трансплантация на PTG е използван за симулиране на хиперпаратироидизъм. Същността на метода се състои в трансплантацията на реципиентни плъхове под кожата на шията на 3 двойки PTG от 3 донорни плъхове. Донорните плъхове трябва да имат приблизително същото тегло като реципиентния плъх.

Донорите под етерна анестезия правят кожен разрез в областта на предната плътност на шията с дължина 2-3 cm, поради което мускулите се раздалечават по тъп начин, което прави PTG достъпен. В това състояние донорният плъх се поставя под фунията, като продължава да дава етерна анестезия. Преди операцията реципиентното животно се фиксира по гръб върху хирургическа маса, както и при плъхове донори се прави кожен разрез с дължина 2–3 cm в областта на предната плътност на шията. Тогава? Бяха направени 6 плитки разреза със скалпел в подкожната тъкан, които послужиха като вид клетки за трансплантирани PTG. След това PTG бързо се отрязват от 3 плъха донори и се поставят в подготвени разрези в плъха реципиент. Кожният разрез на реципиента беше зашит с хирургическа коприна и обработен с йод. В следващите дни оперативната рана е ревизирана. Пълното зарастване на раната се наблюдава след 7-8 дни. Трансплантацията на PTG се вкоренява добре. Този модел на парат. хормони ви позволява да осигурите денонощно повишаване на кръвните му нива поради естествената пара. хормон.

Задание за самостоятелна работа.

Наблюдавайте състоянието на оперираните животни до пълното 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 PTG и c-клетките на щитовидната жлеза, както и нивото на 11-OKS, което се променя както в отговор на стрес хирургично излагане и в отговор на нарушена функция на PTG (по-точно на нарушение на калциевата хомеостаза).

Лаборатория №2

Работа 1.Двустранна оофоректомия.

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

Животните се анестезират с етер и се фиксират на операционната маса в легнало положение. Вълната на корема от гръдната кост до срамната област се отрязва и кожата се третира с алкохол. Със скалпел внимателно, за да не се повредят червата, се прави надлъжен разрез с дължина 4-5 см по вредната линия на корема. Намирайки десния или левия рог на матката, изследвайки по-нататък по протежение на яйцепровода, намираме яйчника. Пробиваме лигатурата в горната част на яйцепровода и лигамента, поддържащ яйчника, след което челото се изрязва 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, през първите 4-5 дни раната се третира ежедневно с дезинфектанти. Заздравяването на раната настъпва за 8-10 дни.

Работа 1.Едностранна адреналектомия.

За симулиране на ендогенен глюкокортикоиден дефицит при животни, подложени на AE (адреналектомия).

Извършено е хирургично отстраняване на една надбъбречна жлеза по метода, представен в ръководството на Кабак Я.М. Операцията е извършена под етерна анестезия. Плъхът беше фиксиран на операционната маса в легнало положение. Вляво от гръбначния стълб косата се отрязва и хирургичното поле се третира с йод. Разрезът на кожата и мускулите се извършва на разстояние 1 cm вляво от гръбначния стълб, като се отстъпва на 1,5 cm надолу от ребрената дъга. След това малък мускулен разрез беше разширен с куки. Надбъбречната жлеза, заедно със заобикалящата я мастна тъкан и съединителнотъканната връв, беше уловена с анатомични щипци и отстранена. 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 доведе до рязко намаляване на адаптивните възможности на животните поради хормонален дисбаланс (хипофункцията на надбъбречните жлези доведе до хипокартицизъм и хипоестрогения) и смърт на 9-ия ден след операцията.

Лаборатория #3

Предмет:Методи за прилагане на фармацевтични препарати на лабораторни животни. методи за изпитване.

Мишена:Запознайте се с методите и методите 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 воден товар, 2 фунии с капачки, 2 епруветки за събиране на урина (спокойни), 2 памперса, разтвор на петуитрин (съдържа антидиуретичния хормон - вадопресин), физиологичен разтвор, дестилирана вода.

Напредък

Работа 1.Влияние на водата и хиперсоматичното натоварване върху диурезата. Ефект 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 на статив „меко“, повийте го, изтеглете топла вода (37 ° C) в спринцовка, свързана със сондата, в размер на 5% от телесното тегло. Като държите плъха вертикално, поставете сондата в устата и внимателно я преместете 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 тази цел те вземат кожата на главата с кортсан и държат кортсанга и опашката на плъха с една ръка едновременно, като се опитват да гарантират, че плъхът докосва повърхността на масата с всичките си 4 лапи и нейните размери съответстват на физиологичните размери. 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 приложените вещества трябва да навлязат възможно най-скоро в общото кръвообращение и когато обемът на приложените лекарства надвишава дозите, разрешени за интрамускулно приложение. При парентерален начин на приложение обемът може да достигне 5 cm 3. Парентерално е за предпочитане да се прилагат маслени разтвори на лекарствени вещества.

При парентералния начин на приложение животното се държи с главата надолу, животното не трябва да се движи рязко в огънато положение. За целта животното се фиксира с корзанг зад главата, а ръцете са зад опашката. С помощта на анатомични пинсети или малка скоба на Кохер коремната стена се издърпва, докато коремните органи се спускат надолу, след което пробивам коремната стена, като фиксирам 2 пробиви: 1 през кожата, 2 през мускулната стена на перитонеума. След това лекарството се инжектира в коремната кухина. Доказателство за правилното приложение на лекарството в коремната кухина е липсата на усложнения в коремната кухина и активното състояние на животното след инжектирането, при условие че се прилагат ненаркотични вещества. С една пункция въвеждането ще бъде подкожно.

Лаборатория #4

Предмет:Методи за биологично изследване.

Мишена:Да се ​​запознаят с методите за биологично изследване на функционалната активност на хипоталамо-хипофизно-надбъбречната система.

Оборудване:хипофизна жлеза на плъх реципиент, хипоталамус на плъх реципиент, плъх донор, реактиви, необходими за приготвяне на екстракта от хипофизата и хипоталамуса, форцепс, скоба на Кохер, интравенозна спринцовка, ножици, хепарин, епруветки за събиране на кръв, статив, торсионна везна, водна баня, термометър, етер за анестезия.

Напредък

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

Перспективата на метода е да се определи увеличението на обема на 11-OCS в кръвната плазма на реципиентни плъхове. След прилагане на тестовите екстракти от хипофизата им. За да се определи съдържанието на кортикотрин, предварително 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 хипофизата се претегля и се стрива старателно 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 t 70 около С в продължение на 30 минути. Полученият екстракт се разрежда в 2 ml бидестилат и се неутрализира с 1 моларен NaHC03, след което се разрежда до желаната маса с разтвор на Krebs-Ringer, съдържащ бикарбонат и глюкоза. При разреждането на екстракти от хипофизата беше взето предвид, че 100 μg ацетониран прах трябва да се прилагат на един плъх реципиент.

Биологичното изследване за определяне съдържанието на кортикотропин в хипофизната жлеза за предпочитане се извършва върху мъжки плъхове. В деня преди експеримента, плъховете се инжектират подкожно с преднизон в размер на 6 mg на 100 g телесно тегло. Посочената доза кортикостероид на принципа на обратната връзка блокира хипофизно-надбъбречната система на реципиентните плъхове, спирайки ендогенната секреция на кортикотропин. Ден по-късно се определя нивото на 11-OCS в кръвната плазма при плъхове. Необходимото количество от хипофизния екстракт се прилага интравенозно и нивото на 11-OCS се определя отново 1 час след прилагането на тестваните хипофизни екстракти на реципиентните плъхове. Използвайки кривата "логаритъм на ефекта на дола", съдържанието на кортикотропин в хипофизната жлеза на експерименталния плъх се определя в мед/100 mgm тъкан.

Лаборатория #5

Предмет:Биохимични методи във физиологията.

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

Мишена:за определяне на промяната в обема на 11-OCS в кръвната плазма след излагане на хирургична 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. Плазмата трябва да бъде 1 ml или да се доведе до това количество с бидестилат.

4. Добавете 6 ml хексан към епруветката, разклатете за 20 s. Това премахва холестерола от плазмата. Отстранете използваните хексани с водоструйна помпа.

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

6. Промийте екстракта с 0,1 М разтвор на NaOH, като добавите 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 издържа теста в Savamo. Съотношението на алкохол и киселина е 1:3 (3 алкохола и 1 киселина). Разклаща се за 1 мин и се оставя на студено на топло за час. В същото време кортикостероидите се разтварят в смес от киселина и алкохол. След това се определя обемът на 11-OKS с помощта на спектрофотометър Kvant.

Оборудване:двоен комплект епруветки със запушалка, стелажи, центрофужни епруветки, водоструйна помпа, 3 x 1 ml пипети, 2 x 10 ml пипети, 1 x 6 ml пипета.

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, измивания, дефекации. Според продължителността на латентния период на излизане от централния площад и броя на пресечените линии се преценява двигателната активност, броят на вертикалните стелажи и изследваните дупки се преценява за изследователската активност, броят на измиванията показва емоционалното състояние и безпокойството се оценява по броя на дефекациите.

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

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

Методология:изследването се провежда в открито поле при електрическо осветление от 3000 лукса в определено време.

Тест 1. Латентен период на спускане от височина. Този тест се използва за оценка на интензивното защитно поведение при плъхове. Плъховете се поставят върху молив, изработен 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 калъф, 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 колебания при извършване на действие, гледане в дупка или прехвърляне, което е започнало, но не е завършено, резултатът е 0,5 точки.

Тест 3. Време е да напуснете къщата. Животното се поставя в прозрачна къщичка от плексиглас 16х15х12 см и изходът се затваря с клапа за 15 минути. Отброяването на времето започва от момента на отваряне на изхода. При тестове 1-3 плъхът се връща от експерименталната среда не по-рано от 20 минути след извършване на съответното действие или след изтичане на времето за тестване (180 s) при неизпълнение на действието. 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 поставянето на плъха в центъра на полето и от този момент нататък се записва времето, през което животното посещава 4 централни полета.

За тестове 1-4 бяха дадени оценки в съответствие със скалата:

Тест 5 Оценка на функционирането на реакцията на накланяне спонтанно и с рязка промяна в осветеността в открито поле. 180 s след поставянето на животното в осветителното поле, осветлението се променя рязко: ярката светлина се изключва и обикновена лампа се включва за 60 s, след което осветлението се възстановява. За 300 s наблюдение се определя измереното разстояние в квадрати, върху което животното се отдръпва. Без промени 0 точки, половин квадрат - 1 b, до 2 квадрата - 2 b, повече от 2 квадрата - 3 b.

Тест 6. Надуване-2. Опитът на експериментатора да вземе животното. Също така оценявам.

Тест 7. Реакция на вокализация.

Тест 8. Реакция на замръзване. Животното замръзва в напрегната поза на изправени крака или, прилепнало към пода, понякога със сплескани уши и затворени очи.

Тест 9. Притискане на ушите.

Тестове 6-9 се провеждат чрез постепенно приближаване на ръката на експериментатора от страната на муцуната, така че плъхът да може да види ръката. Подходът 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

При наличие на спонтанни реакции на тестове 7-9 се добавят по 3 допълнителни точки за всеки. След това беше изчислен общият резултат за всички тестове, който беше използван за преценка на общото ниво на тревожност (интегрален индекс на IPT тревожност).

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

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 увеличи значително през последните десетилетия, преди всичко поради нуждите от техническо моделиране на системи и процеси в мозъка, обединени в концепцията за изкуствен интелект. Естествено, самата наука за мозъчните механизми на поведение и психиката се обогатява с кибернетични идеи, формират се нови области на изследване - бионика, неврокибернетика и др.

ИЗУЧАВАНЕ НА ФИЗИОЛОГИЧНИТЕ ОСНОВИ НА ПОВЕДЕНИЕТО

Еволюцията на видовете е резултат от подобряване на адаптацията към променящите се условия на околната среда.Висшите организми могат да съществуват само в сравнително тесен диапазон от физически (температура, радиация, гравитация) и химични (запас от метаболити, електролити и вода, атмосферен състав) 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 на 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 околната среда и се медиира от централни механизми, които оценяват входящата 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 вкусови реакции,насочени към постигане на необходимите външни условия (например съхранение или ядене на храна, чифтосване) и 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 в многоизмерен градиент от фактори на околната среда, за да оптимизира общото количество възприемани стимули (напр. когато достъпът до храна може да бъде получен само при неблагоприятни температурни диапазони или оптимални или дори вредни механични стимули).

Такивасхемата на взаимоотношения между организмите и околната среда предполага съществуването хипотетични централни държави(Например, шофиране, мотивация)които работят и поддържат специфични поведения. Предполага се, че тялото има модел на оптимални вътрешни (и външни) състояния и всяко поведение се оценява постоянно в зависимост от намаляването или увеличаването на несъответствието между този модел и реалното 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 привличащи 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.

Наред с отговора 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 все още е важна отправна точка за съвременната неврофизиология. Основният поведенчески репертоар е твърдо вграден в определени невронни мрежи, които свързват специфичен отговор (безусловен отговор - BR) със специфичен стимул (безусловен стимул - BS). Тези вродена(не се придобива по време на обучение) реакциисе допълват придобити (условни) реакциикъм първоначално неутрални стимули, които, когато се комбинират многократно с BR, се превръщат в условни стимули (CS), т.е. сигнали за пространственото и/или времевото приближаване на BR (Павлов, 1927).

Ако вроденото поведение отразява генетично кодирани реакции, придобити от поколения чрез процеса на естествен подбор, тогава индивидуално придобитото поведение е свързано с преживявания, записани в паметта на организма. Последователността от външни и/или вътрешни събития, в които животното участва, може да причини повече или по-малко постоянни промени в неговата нервна система, лежащи в основата на отговора на преди това неефективни стимули. Съответният процес се извиква изучаване на,води до натрупване на опит под формата на паметови следи (енграми), чието извличане влияе върху поведението на животното. Уменията, които вече не отговарят на новите условия, се унищожават, а уменията, които изобщо 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, предизвикани от дискретни стимули, като болка, храна, тогава оперантното поведение може да бъде стимулирано от вътрешни нужди и се състои в спонтанното проявление 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 УЗ обикновено предизвиква същия отговор като BS (слюноотделяне, предизвикано от акустично УЗ на представяне на храната). Наличието или отсъствието на условен отговор, разработен според класическия тип, не влияе върху вероятността за използване на BS. Инструменталните отговори обикновено се различават значително от съответните безусловни отговори, с помощта на инструменталните отговори се отваря достъп до привличащи стимули или, обратно, животното избягва аверсивни стимули (например натискане на лост, подсилен с храна, избягване на болезнени стимули чрез скачане). Като правило, 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 (както е предложено например от Скинър (1938), поведенческият анализ се състои от установяване на система от правила, свързващи входните условия (стимули) с изходните състояния (реакции). Така не се вземат предвид предполагаемите процеси в нервните центрове или хипотетичните механизми на концептуалния мозък. Въпреки че подходът на черната кутия е допринесъл значително за разбирането ни за ролята на околната среда в контролирането на поведението, той само незначително разшири разбирането ни за вътрешната структура и функция на тази черна кутия, т.е. мозъка, като трансдюсер или посреднически орган между входа и изхода. Последното е областта на изследване на специалисти - физиолози и психолози и сферата на различни специални дисциплини (неврофизиология, фармакология, неврохимия), които са част от комплекса от невронауки. В неврофизиологията е постигнат значителен напредък в областта на 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 еферентен изблик във вентралните корени. Концепцията за условен рефлекс (КР), въведена от Павлов, дава възможност да се приложи същият 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 SS потока към BR пътя. Също толкова неясни са невронните механизми, включени в оперантното кондициониране (инструментални условни рефлекси).

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

(Локация нервни структури, които са отговорни за определено поведение, могат да бъдат установени чрез максималното отстраняване на мозъчни области, при които това поведение се поддържа, и/или чрез минималното отстраняване, при което то изчезва. Функционалната блокада на нервните центрове може да послужи за същата цел.

(B) Невронният субстрат на реакцията може да бъде анализиран чрез намиране на зоната и оптималните параметри на нейното електрическо и химическо стимулиране, които причиняват същата реакция.

(B) Електрическата активност, която придружава поведенчески акт, може да отразява процеси, важни за неговото изпълнение. Електрофизиологичните методи могат да се използват за откриване на разпространението на аферентни импулси в мозъка, активността, която предшества 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 медиатори, 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, които са различни от тези, участващи в последващото възпроизвеждане на записаното преживяване. Мястото на натрупване на информация може да бъде точка на сближаване на отделни механизми за писане 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 при обяснението на промените в поведението, предизвикани от стимулиране и прекъсване, и при обясняване на връзката между поведенчески, електрически или биохимични 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 необходимо условие за подробно изследване на клетъчните и молекулярни промени, които са в основата на пластичните реорганизации на невронните мрежи. Наличните електрофизиологични, неврохимични и морфологични микрометоди напълно отговарят на това изискване, при условие че се използват в подходящия момент и на съществени връзки. Създаването на подходящ поведенчески модел, подходящ за ефективно прилагане на микрометоди, е предпоставка за по-нататъшен бърз успех. Междувременно изследванията се фокусират 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.

Проектиране на експерименти

За планиране на експерименти е необходимо да се познават принципите и тактиката на изследването, научният подход, които най-добре се формират при директното провеждане на експерименти. Тази книга е практическо ръководство за експериментиране. Предполага се, че читателят е запознат с основните принципи на статистиката. Въвеждащи практически съвети за провеждане на експерименти във физиологията на поведението могат да бъдат намерени в Sidowski и Lockard (1966) и Weiner (Wayner, 1971). Следва кратко описание, което има за цел да ориентира учениците към някои от сложните проблеми, 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 променливи,за идентифициране на тяхното въздействие върху зависими променливи.Зависимите променливи във физиологичната психология могат да бъдат всякакви поведенчески или физиологични характеристики, 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), промяна в режима на подсилване, затруднения в усвояването на заден план, продължителност на лишаване от храна или фактори като възраст, пол, генетична линияи т.н.

За да се сведе до минимум погрешното тълкуване на експериментите, свързано с трудността да се разграничат ефектите от експерименталните интервенции от ефектите на други променливи, е необходимо да се въведе контролни процедури.Така например, когато се тества ефективността на определена процедура (независима променлива), се използва контролна група. В идеалния случай контролната група се изследва по същия начин като експерименталната група, като се изключи влиянието на изследвания фактор, за който е планиран самият експеримент. Едно и също животно може да се използва както в контролата, така и в експеримента, ако например е необходимо да се сравни поведението му преди и след отстраняването на мозъчни участъци. Друга често срещана процедура за контрол, чиято цел е да намали едновременното влияние на променливи фактори, е балансираното прилагане на различни въздействия върху едно и също животно (например инжектиране 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 таблицата с произволни числа, намираща се в много статистически книги (простото извеждане на животни от клетка за формиране на група не е адекватно, тъй като най-слабите или най-пасивните животни ще бъдат взети първи).

Поради потенциални грешки или променливост на резултатите поради неконтролирани променливи, измерванията обикновено се повтарят и идентифицират. средатаили медиана размер.При повтарящи се измервания се правят множество наблюдения върху едни и същи животни, или едно наблюдение върху много животни, или и двете. Колкото по-вероятно е да има грешки или колебания, свързани с някаква неизвестна или неконтролирана променлива, толкова по-вероятно е повтарящите се измервания да се различават и по този начин променливостта на измерванията спрямо средната стойност ще бъде по-голяма. Статистически анализобикновено се използва за оценка на степента на доверие в наблюдаваните разлики между експериментални и контролни групи или експериментални условия. Например разликата между две средни стойности традиционно се счита за значителна (т.е. не случайна), когато има поне 95 от 100 шанса разликата да е действително вярна.

Научният анализ, базиран на натуралистични наблюдения или на лабораторни експерименти, разчита на измервания, с помощта на които се придава количествен характер на наблюденията. Така нареченото ниво на измерване определя какви аритметични операции могат да се прилагат към числата, което следователно 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 да се вземе решение за точността на измервателните инструменти и необходимия брой експерименти.

Има четири общи нива на измерване или оценка, които трябва да се разграничат: номинално, обикновено, интервално и относително. 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 подредите наблюденията така, че да са в някаква връзка едно с друго (например „по-голямо от“, „по-малко от“ и т.н.), тогава ще се занимаваме с обикновен мащаб.Ако освен това е възможно да се открият интервали между числата в такъв мащаб, тогава ще се справим с интервална скала,който има произволна нулева точка (както в случая на температурна скала). Ако скалата също има истинска нулева точка в началото, както например скалите за височина, маса, тогава ще бъде достигнато най-високото ниво на измерване, т.е. корелационна скала.Параметрите, измерени с номинална или обикновена скала, се обработват с помощта на непараметрична статистика(напр. χ 2 -тестове (Connover, 1971; Siegel, 1956)), докато данните, измерени на интервална и съотношителна скала, обикновено се обработват с помощта на параметрични статистически методи(напр. t-тестове) (ако различни предположения за параметрите на популацията, от която е взет примерът, отговарят на данните). Параметрите на популацията, подложени на непараметрични статистически процедури, не трябва 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 обикновено 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 различна схема на експерименти, животното служи за контрол на себе си, както в случая на сравняване на поведението преди и след инжектирането на лекарството и при отстраняване на части от мозъка. Стандартната непараметрична оценка за такива данни, получена при наличие на свързани събития, е критерият за спрегнати двойки подписани рангове на Wilcoxon(Siegel, 1956). Освен това се използват непараметрични методи за анализ на данни, получени в 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 подробно въведение в общите лабораторни процедури, включително грижата и обработката на животни, особено плъхове, читателите се съветват да се обърнат към Бейкър и др. (1979), Ферис (Harris, 1957), Гудман и Гилман (Гудман и Ойлман 1975). , Lane-Pettere и др. (1967), Леонард (Leonard, 1968), Майерс (Myers, 1971 a), Ман (Munn, 1950) и Шорт и Уднот (Кратко

и Woodnott, 1969).

В поведенческите изследвания най-често използваните щамове плъхове са щамовете Long Evans hooded; бели линии Sprague-Dawley и Wistar. За получаване и сравнение на резултатите е желателно да се използват стандартни линии. Въпреки това, степента на гъвкавост на резултатите може да зависи от използването на множество линии (както и видове).

За провеждане на експерименти върху животни е необходимо те да се поддържат чисти, удобни и безопасни от болести. Това може да се постигне с подробни стандарти за настаняване, хранене, хигиена, постоперативни грижи (вижте препратките по-горе) и познаване на често срещаните болести по животните (Myers, 1971a; ShortandWoodnott, 1969).

Повечето поведенчески преживявания причиняват дискомфорт при животните, независимо дали са причинени от лишаване от храна, използване на централна или периферна аверсивна стимулация, прилагане на лекарства или просто вдигане на животното във въздуха. Експериментаторът винаги трябва да има това предвид и да се опита да намали дискомфорта на опитното животно, доколкото е възможно.

По-долу са дадени препоръки за изпитване върху животни, които формират един от разделите „Принципи за използване на животни“ от Ръководството за субсидии и договори на Националния институт по здравеопазване от 1978 г.:

„1. Експериментите, при които за изследване се използват живи гръбначни животни и тъкани от живи организми, трябва да се извършват под наблюдението на квалифицирани биолози, физиолози или лекари.

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 и безполезни.

4. Експериментът трябва да се основава на познаване на болестта или проблема, който се изследва, и да е проектиран така, че очакваните резултати да оправдаят неговото прилагане.

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

6. Експериментите трябва да се провеждат така, че да не подлагат животното на ненужно страдание и да не го нараняват.

7. Ученият, който отговаря за експеримента, трябва да е готов да го прекрати, ако смята, че продължаването на експеримента може да причини ненужно нараняване или страдание на животните.

8. Ако самото изживяване 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 се наблюдават отблизо от ръководството или друг квалифициран висш служител.

9. Постексперименталните грижи за животните трябва да сведат до минимум дискомфорта и последствията от травма, нанесена на животните в резултат на експеримента, в съответствие с приетата практика във ветеринарната медицина.

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 смъртта му."

В почти всички случаи на поведенчески и неврологични тестове, които са описани в следващите глави, е необходимо да се боравят с животни. Животното трябва да бъде приучено към тази процедура няколко дни преди началото на експеримента. Такова манипулиране включва изваждане на животното от клетката с 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 хванете кожата или да упражнявате твърде силен 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 хватката на животното трябва да съответства на степента на неговата устойчивост. Ако животното се държи така, че предните му крайници да са кръстосани, то няма да може да хапе.

Когато се хващат често, лабораторните плъхове стават доста опитомени и лесни за боравене. Желателно е да се използва асистент за прилагане на лекарства, докато експериментаторът използва втората ръка, за да разтегне задните крайници на животното. С достатъчно практика, интраперитонеалните инжекции могат да се правят независимо, като се хващат задните крайници на плъха и едновременно с това се инжектира с другата ръка.

Полезно е животното да се успокои преди инжектиране; това става чрез хващане на животното, както е описано по-горе, и след това бавно го люлеете напред-назад в широка дъга.

конвенционален метод маркировкиплъхове е прилагането на разрези или дупки в ушите на животното, докато е под анестезия. Ушите на животното са тънки и не кървят много. Предпочитаният метод е да маркирате тялото и опашката с някакво биологично багрило, като жълта пикринова киселина или червен 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 електронно оборудване, анализиращи устройства и електронни компютри, както и на биохимични и фармакологични методи за изследване. на физиологичния експеримент. През последните години във физиологията качествените методи се допълват от 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 пътища за познаване на много физиологични процеси, което преди беше принципно невъзможно.

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

СХЕМА НА ВРЪЗКИТЕ МЕЖДУ ИНСТРУМЕНТИ И ОБЕКТИ НА ИЗСЛЕДВАНЕ

При изследването на физиологичните функции с помощта на различно оборудване в експеримента и в клиниката се формират своеобразни системи. 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 организъм или негови структурни и функционални единици.

За да се визуализират 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 студентите за илюстриране на протоколи от експерименти по време на практически занятия. Според нас подобна форма на представяне на поне част от експерименталните условия значително ще намали описанието му и ще допринесе за разбирането на схемите на устройствата и устройствата.

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

Много телесни функции могат да бъдат изследвани без електронно оборудванеи регистрирайте процеси директно или след някои трансформации . Примери за това са измерване на температура с живачен термометър, запис на сърдечната честота с лост за писалка и кимограф, запис на дишане с помощта на капсула Marais, плетизмография с помощта на воден плетизмограф, откриване на пулс и т.н. Показани са реални настройки за плетизмография, запис на стомашния мотилитет и запис на дишане на фиг.

Блокова схема на системата, която позволява запис на биоелектрични процеси в тялото, е показана на фиг. \, IN.Състои се от обект на изследване, отвеждащи 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, те първо трябва да бъдат преобразувани в електрически сигнали. За това се използват различни сензори. Някои сензори сами могат да генерират електрически сигнали и не се нуждаят от захранване от източник на ток, други се нуждаят от това захранване. Големината на сензорните сигнали обикновено е малка, така че те трябва първо да бъдат усилени, за да бъдат записани. Системи, използващи сензори, се използват за балистокардиография, плетизмография, сфигмография, регистриране 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 трудова и спортна дейност, независимо от разстоянието между обекта на изследване и изследователя.

Системите, предназначени да въздействат върху тялото или неговите структурни и функционални единици, имат различни ефекти: стартиращи, стимулиращи и инхибиращи. Методите и опциите за експозиция 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 е възможно да се повлияе на зрителния анализатор със светлина, на слуховия анализатор със звук и на обонятелния анализатор с различни миризми.

Във физиологичните експерименти той често се използва като стимул. електричество,В резултат на това широко разпространен електронни импулсни стимулаториИ електроди за стимулиране. Електрическата стимулация се използва за дразнене на рецептори, клетки, мускули, нервни влакна, нерви, нервни центрове и др. При необходимост може да се приложи 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 връзката между обекта на изследване и инструментите. Използват се за прилагане на вакуум или регистриране (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 оттеглящ електрод, тъй като между тях няма фундаментална разлика.

В зависимост от метода на регистриране или дразнене се разграничават биполярни и еднополюсни електроди. При биполярния метод по-често се използват два идентични електрода, при униполярния метод електродите се различават както по функционално предназначение, така и по дизайн. В този случай активният (подстригващ) електрод се поставя в областта на биопотенциалите или в областта на тъканта, която трябва да се стимулира.

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 област на мъртва тъкан, течна електропроводима среда, заобикаляща обекта на изследване), или тази област трябва да бъде избрана с по-нисък и относително стабилен потенциал (например ушна мида). Индиферентните електроди често са пластини от сребро, калай, олово или друг метал.

В зависимост от местоположението електродите се делят на повърхностенИ потопяеми. Повърхностните електроди се фиксират или върху повърхността на обекта на изследване (например при регистриране на ЕКГ, ЕЕГ), или върху подготвени и открити структури (по време на нервна стимулация, 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 потенциал. Следователно електродите не трябва да имат поляризационни потенциали, които в някои случаи могат значително да изкривят резултатите от изследванията. Стойността 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 поляризационна способност. Поляризацията практически не възниква, ако потокът преминава през електродите променливаили импулсен електрически токс промяна на полярността на импулса. Възможността за поляризация на електрода се увеличава, когато той взаимодейства с постоянен или импулсен монофазен ток. Вероятността от поляризация е толкова по-голяма, колкото по-голям е токът, протичащ през електрода, и дългото време на неговото действие. 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 са изложени на обект с постоянен ток и когато отклоняват постоянни или бавно променящи се потенциали, те използват неполяризиращи електроди.

В електрофизичните експерименти най-често се използват неполяризуеми електроди от 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 точни 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 разтвор на NaCl. HC1, който вече има въглероден електрод.

Анодът (+) е свързан към сребърния електрод, а катодът (-) на всеки източник на постоянен ток (батерия, акумулатор, токоизправител и др.) С напрежение 2–6 V е свързан към въглеродния електрод. с плътност от 0,1 до 10. A / m 2, докато електродът се покрие с непрекъснат слой сребърен хлорид. Тази операция се препоръчва да се извършва на тъмно. Готовите хлорирани електроди се съхраняват в разтвор на Рингер на тъмно.

неполяризуем 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 потапят 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.

С помощта на превключвател през тях се пропуска ток в едната или другата 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 пропускане на ток. Готовият електрод трябва да се измие и съхранява в дестилирана вода.

Електроди от неполяризуем тип 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, удобна за контакт с обекта. Понякога се прави тапа от гипс и в нея се поставя памучен фитил или мека четка за коса 5. Цинковите йони имат висок капацитет на дифузия, 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 тъканите на обекта на изследване. Това - имплантиранелектроди.

СЕНЗОРИ

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

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

Параметрични сензорипод действието на измерваната функция се променя някакъв параметър на електронната верига и електрическият сигнал на тази верига се модулира (по амплитуда или честота). Основните видове параметрични сензори са следните: омични, капацитивни и индуктивни.

Трябва да се отбележи, че такова разделение на сензорите е условно, тъй като и генераторът, и параметричните сензори се основават 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, кръвопълнене на кръвоносните съдове, степента на насищане на кръвта с кислород и въглероден диоксид, сърдечните шумове и шумове, телесната 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 действието 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 отклони електрическият потенциал, генериран от сензора. Когато пиезоелектричният сензор е деформиран, различни видове измествания, ускорения и вибрации (например пулс) могат да бъдат записани с помощта на механична система и пиезоелектрични микрофони могат да се използват за запис фоноелектрокардиограми .

Пиезоелектричните сензори имат известен капацитет (100-2000pf), така че могат да изкривяват сигнали 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 под въздействието на температура силата на тока в електрическата верига (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, константа, хромел, копел и др. В термодвойка, състояща се от мед и константан, с температурна разлика на неговите съединения от 100 ° C, възниква електродвижеща сила от приблизително 4 mV.

Термистори -Това са полупроводникови резистори, способни да намалят съпротивлението си при 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 електротермометри.

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 действието на светлина (външен фотоелектричен ефект), и анод. Фотоклетките от този тип изискват допълнителна мощност за създаване на електрическо поле вътре в клетката; те са свързани към DC мрежата. Под действието на светлината катодът излъчва електрони, които се втурват към анода. Генерираният по този начин ток служи като индикатор за интензивността на светлинния поток. Напълнените с газ фотоклетки 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 в монитори за сърдечен ритъм, оксиметри и др.). Този тип фотоклетка е желязна или стоманена плоча 1, върху който е отложен полупроводниковият слой 2. Повърхността на полупроводниковия слой е покрита с тънък метален филм 4. Единият от електродите е плоча, другият е метален филм върху полупроводника 5. За надежден контакт филмът около периметъра е запечатан с по-дебел слой метал 3. При производството на фотодиод се образува бариерен слой или между полупроводника и пластината, или между полупроводника и филма.

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

Фоторезисториимат способността да променят активното си съпротивление под въздействието на светлинния поток. Имат висока чувствителност в широк диапазон на излъчване от инфрачервени до рентгенови. Тяхната чувствителност зависи от стойността на 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 баланса 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. Външният вид на сензора с фотоклетка, използван за тахометрия на сърдечната честота.

индуктивни 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 проводника в магнитно поле, перпендикулярно на посоката на магнитните силови линии, или когато магнитното поле се движи спрямо проводника.

Омични сензори.Тези сензори са в състояние да променят съпротивлението си по време на линейни и ъглови премествания, както и по време на деформация и вибрация.

Има различни видове омични сензори . В реостат 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, естествената му стабилност и други фактори. Тези сензори имат проста конструкция, малки размери и тегло и могат да бъдат включени в DC и AC вериги. Наличието на движещ се контакт обаче ограничава живота на тези сензори.

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

В допълнение към конвенционалните кабелни габарити, през последните години те са широко използвани полупроводникови сензори(например хедистори), при които чувствителността на деформация е 100 пъти по-висока от тази на жичните.

капацитивни сензори.Принципът на работа на тези сензори се основава на факта, че физиологичните показатели, които се преобразуват (налягане, промени в обема на даден орган), влияят на определени параметри на сензора (диелектрична константа, площ на плочите, разстояние между плочите) и като по този начин променя своя 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 се използват широко в електрофизиологично и диагностично оборудване. Те се използват например в апарати за кръвно налягане, плетизмографи, сфигмографи и други устройства, предназначени да преобразуват неелектрически величини, които отразяват физиологичните функции, в пропорционални електрически величини. Реалният дизайн на капацитивния сензор е показан на фиг. 2d и 7d, а на фиг. 81 показва диаграма на инсталация за записване на стомашната подвижност с помощта на капацитивен сензор.

индуктивни сензори.Преобразуващото действие на тези сензори се основава на свойството на индуктора да променя своето съпротивление. 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 премествания (повече от 5-10 mm) се използват индуктивни сензори с подвижно ядро. . Този тип сензор се използва в някои дизайни на балистокардиографи. За преобразуване на малки премествания (по-малко от 5 mm) могат да се използват сензори с променлива 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.

ВЕРИГА ЗА ИЗМЕРВАНЕ

Всеки тип сензор, който преобразува определена функция в електрически сигнал, трябва да бъде включен в измервателната верига. Най-широко използвани са следните схеми на измерване: мостова веригазахранвани с постоянен или променлив ток, диференциална верига, и колебателна верига, които включват измервателни (записващи) устройства. Чувствителността на диференциалните измервателни вериги е по-висока от тази на мостовите.

Така електрическите устройства, 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 с малка стойност не може да бъде регистриран от измервателната верига, поради което в него се въвеждат DC или AC усилватели.

Превръщането на неелектрически процеси в електрически предоставя широки възможности за тяхното регистриране. Това се дължи не само на чисто техническите предимства, но и на точността на измерване на записаните количества, удобството за сравняване на данните от различни експерименти и възможността за обработката им с помощта на компютри. Важно е, че този метод позволява да се поддържа синхронен запис на електрически и неелектрически процеси в едни и същи времеви координати, да се сравняват, да се разкриват причинно-следствените връзки, съществуващи между тях и т.н., т.е. предоставя нови възможности за изучаване 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 - в мили- и микроампери, напрежение - в мили-микроволта. Поради това е изключително трудно или дори невъзможно да се регистрират без предварително усилване. Използва се за усилване на малки електрически сигнали. усилватели.Те са от съществено значение за много измервателни вериги и са конструирани с помощта на вакуумни тръби или полупроводникови устройства.

Нека разгледаме накратко принципа на работа на триода и усилвателя, проектиран на базата на тази лампа. . Ако в нажежаемата верига на триода (A)включете източника на захранване, катодът се нагрява и излъчва електрони, т.е. електронна емисия на катода (В).При допълнително включване на източник на постоянен ток 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 решетката на триода. Ако се приложи положителен потенциал към триодната мрежа, тогава потокът от електрони от катода към анода и токът, преминаващ през лампата (аноден ток), се увеличават (G),при отрицателен потенциал на решетката, електронният поток и токът намаляват (° С).

За да се уловят промените в тока, преминаващ през триода и да се преобразува в променящо се напрежение, в анодната верига е включено съпротивление Ра ( д ), чиято стойност значително влияе върху свойствата на усилващия етап. Да предположим, че на входа на усилвателя се подава променливо напрежение V BX, равно на 1 V. То предизвиква промяна на анодния ток с 0,001 A; освен това съпротивлението на анодната верига е 10 kOhm, тогава спадът на напрежението в това съпротивление ще бъде 10 V. С увеличаване на едно съпротивление до 100 kOhm и при равни други условия спадът на напрежението ще бъде 100V. 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 усилващо стъпало не осигурява желаното усилване, използвайте многостепенни усилватели.Комуникацията между етапите в AC усилвателите се осъществява чрез свързващи кондензатори ° С 1 И От 2, с помощта на които променливата съставка на анодното напрежение от предходното стъпало се предава на входа на следващото. В DC ​​усилвателите няма разделителни кондензатори. Усилването на целия усилвател зависи от усилването на отделните стъпала, техния брой и се определя от произведението на усилването на всички стъпала на усилвателя.

Усилвателите действат като междинна връзка между обекта на изследване (както и електродите, сензорите) и записващите устройства, т.е. връзка.Те не трябва да изкривяват същността на изследвания процес. Следователно, 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

Достатъчно пълна характеристика на сигнала се дава от формулата, която определя обема на сигнала: V = TFH, където V – обемът на сигнала (биопотенциал), T е неговата продължителност, Е – честотна лента на сигнала H -превишаване на амплитудата на сигнала над шума. Комуникационният канал също може да се характеризира с три стойности: T k е времето, през което каналът изпълнява своите функции, F K е честотната лента, която каналът може да премине, и N до -минималната чувствителност и максималната амплитуда на сигнала, приложен към входа на усилвателя, произведението на тези количества се нарича капацитет на канала: V K \u003d G до F K I до

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 сигнал по този канал без загуба на информация е невъзможно.

Някои ефекти 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 с 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 във всеки кадър е записан един и същ потенциал, амплитудно-времевите характеристики на получените записи се различават значително една от друга, което се определя само от параметрите на усилвателите. Усилвателят, с който бяха записани долните записи, имаше параметри, които надвишаваха характеристиките на сигнала, така че евокираните потенциали бяха 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 евокираните 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 вътрешният импеданс на източника на сигнал е по-голям или равен на входния импеданс на усилвателя, тогава сигналът изобщо няма да бъде записан или амплитудата му 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.

Във физиологичните лаборатории най-често се използват два вида усилватели: AC усилватели и DC усилватели.

AC усилватели.Усилвателите от този тип се състоят от няколко усилвателни стъпала, свързани помежду си с помощта на свързващи кондензатори. Такива устройства се използват за усилване на променливите компоненти на сигнала поради способността им да преминават честоти от 0,1 Hz до 10-15 kHz. Те обикновено имат високо усилване и могат да усилят входния сигнал милиони пъти, което прави възможно ясното записване на сигнали с начална амплитуда от няколко микроволта. Усилването и честотната лента на честотите обикновено са регулируеми. UBP-1-03, UBF-4-03 могат да бъдат посочени като примери за местни усилватели. Тези устройства се използват за усилване на биопотенциалите на мозъка и сърцето, както и на сигналите, генерирани от различни сензори; по отношение на изходните характеристики, те са лесно съвместими с повечето местни регистратори.

DC усилватели.Тези усилватели нямат свързващи кондензатори. Между отделните стъпала те имат галванична връзка, поради което долната граница на предаваните честоти достига нула. Следователно този тип усилвател може да усилва произволно бавни трептения. В сравнение с AC усилвателите, тези усилватели имат много по-ниско усилване. Например UBP-1-0.2 има AC усилване от 2.5-1 0 6 и DC усилване от 8 10 3 . jto се дължи на факта, че с увеличаване на усилването на DC усилвателя, стабилността на работа намалява, появява се 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 трансформирането на електрическите потенциали, които идват към тях от изходните електроди или сензори (често след необходимото усилване) в процеси, възприемани от нашите сетива. Записващите устройства могат да преобразуват и показват процеса или функцията, която се изследва в различни форми, например в отклонение на стрелката на измервателния уред, цифрова индикация, отклонение на лъча на екрана на осцилоскопа, графичен запис на хартия, фотографска или магнитна лента, както и под формата на светлинни или звукови сигнали и др.

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

В медицинското записващо оборудване най-широко се използват три вида преобразуватели, създадени на базата на три различни принципа за трансформиране на енергията на колебанията на електрическия потенциал.

1. Използване на силата, 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 електронния поток (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 да го запазят състояние.На този принцип са изградени 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 магнитоелектрични и електромагнитни системи.

магнитоелектрическа системапревръщането на електрическите сигнали в механичен ефект се постига чрез движение на проводника (през който протича електрическият 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 да се проектират различни видове записващи устройства, например струнен галванометър, огледален галванометър, контурен осцилоскоп, записващи устройства с директно видим запис ( писалка с мастило, мастиленоструен принтер, копирна машина, термична машина, 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 струните могат да бъдат проектирани върху екран с помощта на оптична система и за запис върху движеща се фотографска хартия или филм.

Струнните галванометри са относително бързи; техните усъвършенствани модели са в състояние да възпроизвеждат сигнали 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 електрокардиограмата и мембранния потенциал на клетките.

Огледален галванометър. Ако малко светлинно огледало е фиксирано върху контурна или многооборотна рамка 6, след това, когато премине ток, той ще се движи заедно с контура или рамката (посоката на движение на фиг. 14 е показана със стрелка). Лъч светлина се насочва върху огледалото с помощта на осветител, а отразеният лъч (зайче) се проектира върху полупрозрачен екран, по скалата на който се оценява 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 да записват напредъка, който се изследва, и да го наблюдават, осцилоскопите с цикъл използват специална оптична система . От осветителя 1 лъч светлина през леща 2 и бленда 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 лентово устройство 8. Вторият лъч с помощта на цилиндрична леща - призма 9 се насочва към въртящ се многостранен огледален барабан 10 и, отразен от него, пада върху матов екран 11. Благодарение на въртенето на огледалния барабан, изследваният процес се разгръща на екрана и служи 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 експозиция без проявяване.

Записващи устройства с директно видим вход.В записващи устройства от този тип преобразувателите на електрически сигнали са магнитоелектрически (рамкови) или електромагнитни вибратори, върху движещите се елементи на които вместо огледало са фиксирани различни инструменти за запис.

Записващи устройства с писалка с мастило. Този тип устройства намират широко приложение при регистриране на физиологични функции. В тях писалката 5 е фиксирана върху рамка или феромагнитна котва 2, които са в полето на магнит 1 . Перото е свързано с еластична тръба 4 с резервоар за мастило 3. Изследваният процес се записва на хартиена лента. 6. Записващите писалки 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. Регистраторите с мастилени химикалки обаче имат редица съществени недостатъци. Те са инерционни и не позволяват запис на електрически трептения с честота над 150 Hz. В тази връзка те са неподходящи например за запис на бързи процеси, като биотокове на нерви и нервни клетки и др. Освен това записът с мастилена писалка (без специална корекция) внася радиални изкривявания в изследвания процес, поради дъгообразното движение на писалката върху хартията.

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

Методът на струен запис е много чувствителен и има малка инерция. Позволява ви да комбинирате удобството на видимия запис с възможността за регистриране на електрически сигнали в широк честотен диапазон (от 0 до 1500 Hz). Тези записващи устройства обаче изискват използването на специални мастила с много високо качество (еднородност на състава).

При всички записващи устройства с директно видим запис, скоростта на движение на записващия носител (хартия) се определя от механичен размах и не надвишава 200 mm/s, докато разгръщането на бързи процеси изисква високи скорости на запис, което се постига с помощта на електронен размах 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 позволяват да се изследват и записват 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 действие на катодната тръба е взаимодействието на електронния поток, излъчван от катода и фокусиран от системата от електронни лещи, с електростатичното или електромагнитното поле на отклоняващите електроди.

Катодната тръба се състои от стъклен контейнер, вътре в който има източник на електрони във висок вакуум и система от електроди (водачи, фокусиращи и отклоняващи), които управляват 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 електроните се образува електронен лъч, който преминава между вертикала 7 и хоризонтала 8 отклоняващи плочи и насочени към екрана 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. Когато потенциалът на решетката се промени (с помощта на потенциометър), плътността на електронния поток в електронния лъч се променя и следователно яркостта на лъча на екрана се променя. Фокусирането на електронния лъч се осъществява от потенциометър 10 , т.е. поради промяна в положителния потенциал на втория анод 5.

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

Изследваният процес (сигнал) обикновено се прилага към вертикални отклоняващи пластини, които движат 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) към осите, т.е. те разгръщат изследвания процес.

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

Магнитографи.Регистрирането на електрически процеси върху феромагнитна лента е удобно, защото записаната по този начин информация може да се съхранява дълго време и да се възпроизвежда многократно. С помощта на различни регистратори той може да бъде преобразуван във видим запис с различен мащаб на сканиране. Тази информация може да бъде обработена след края на експеримента с помощта на различни автоматични устройства и електронни компютри. Магнитографите също позволяват да се запише протоколът на експеримента.

ЕЛЕКТРОННИ КОМПЮТРИ

В съвременните условия компютрите са неразделна част от изследователските лаборатории, тъй като електронните компютри значително повишават ефективността на изследователите.Въвеждането на данни за изследвания процес може да се извърши по различни начини: ) или от междинна среда за съхранение (например от перфокарта или перфолента, на която е кодирана информацията).

Най-удобно и икономично обаче е въвеждането на информация в компютър с помощта на специално устройство - амплитудно-цифров преобразувател (ADC). Амплитудно-цифров 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 цифров принтер; под формата на графика, построена от графоплотер; като изображение на екран или под друга форма. В същото време изследователят се освобождава от рутинна работа не само при измерване, изчисляване, математически анализ на резултатите, но и от необходимостта да съставя таблици и да изгражда графики.

УСТРОЙСТВА СЪС СПЕЦИАЛНО ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ

Устройствата със специално предназначение обикновено са предназначени да записват всяка функция или процес, например електрокардиограми, електроенцефалограми, електрогастрограми и др. Такова специализирано оборудване като правило е компактно, лесно за работа и удобно за клинични изследвания. Състои се от различни блокове (системи) с общо предназначение, следователно познаването на основната структура на отделните блокове улеснява разбирането на работата на устройства със специално предназначение. Общата структура на устройство със специално предназначение включва електроди или сензор, превключвател, усилвател, записващо устройство и захранване. По-подробно запознаване с всяко устройство се извършва с помощта на ръководството за употреба, предоставено с устройството.

Електростимулатори.До средата на този век за електрическа стимулация на биологични обекти са използвани индукционни бобини, които сега са напълно заменени от електростимулатори.Електростимулаторът е едно от най-разпространените и необходими устройства. Осигурява оптимални условия за дразнене на тъканите (с най-малко нараняване при продължителна стимулация) и е удобен за използване.

За изследователски цели е препоръчително да се използва стимулатор, който в зависимост от условията на експеримента 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, поради което в условията на 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. Помислете за назначаването на отделни каскади на стимулатора и свързания контролен органон, като използвате примера на импулсен физиологичен стимулатор SIF-5.

Генераторът на честота на повторение на импулса (главен осцилатор) често се проектира според веригата на мултивибратора; 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 непрекъсната работа 8 задвижващият 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 закъснение, и могат да се използват и за стартиране на сканирането на осцилоскопа (синхронизиращ импулс 10), В етапа на забавяне 2 импулсът на главния осцилатор може да бъде забавен с 1 - 1000 ms. Етапът на забавяне позволява (например при изследване на предизвикани потенциали), независимо от скоростта на движение на осцилоскопа, да зададете потенциала на екрана на осцилоскопа на място, удобно за регистрация.

Импулсите от етапа на забавяне 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 забавяне 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 на усилвател на мощност, който ви позволява да регулирате 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. Полярност на изходните импулси 6 може да се променя. За да се намали артефактът на дразнене, някои видове стимулатори имат изолационни трансформатори 7, други имат високочестотни изходни устройства.

Както за образователни, така и за изследователски цели се използват и други видове стимуланти, например NSE-01, EST-10A, IS-01 и др.

В допълнение към импулсните стимулатори се използват физиологични експерименти снимка-И фоностимулатори.Тяхното устройство е в много отношения фундаментално подобно на устройството на импулсен стимулатор. Разликата е главно в структурата изходен блок,който генерира светлинни сигнали във фотостимулатор или звукови сигнали във фоностимулатор.

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

Фотоапарати. Камерите за различни цели се използват широко при създаване на определени условия за обекта на изследване. Съществуват изолационни камери, термокамери, барокамери скамери за високо и ниско налягане с лъчеви и звукови инсталациии т.н. В момента са проектирани камери, които ви позволяват да създавате изкуствен микроклимати да изследва реакциите на обекта на изследване на различни въздействия.

ОСНОВНИ ПРАВИЛА ЗА ЕКСПЛОАТАЦИЯ НА ЕЛЕКТРОННОТО ОБОРУДВАНЕ

В допълнение към общите правила за работа с оборудването, 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 клиниката, тъй като някои устройства при неправилно боравене представляват опасност за пациента (устройство за изследване на възбудимостта на нервите и мускулите - електрически импулс и редица други). Основните правила са следните.

Преди да включите устройствотонеобходимо е: ​​1) да се уверите, че мрежовото напрежение съответства на напрежението, за което е проектирано устройството или за което в момента е включен неговият силов трансформатор; 2) заземете устройството, т.е. свържете терминала (или „земния“ контакт) към шината на заземяващия контур или водоснабдителната мрежа (в никакъв случай устройствата не трябва да се заземяват към елементи на газовата проводка); 3) проверете всички проводници на мрежовия ток (изправността на изолацията и наличието на щепсели), строго е забранено да включвате голите краища на проводниците в контактите; 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 за всички устройства - те трябва да са в положение "изключено".

Включването на устройства в мрежата трябва да се извършва чрез превключватели, разположени на устройствата.

След като включите устройствата, трябва: 1) да проверите чрез светлинните индикатори дали всички устройства са получили захранване (ако индикаторът е изключен, трябва да се свържете с учителя и съвместно да установите причината за неизправността; най-често това се дължи на към предпазителя на устройството или изгорялата крушка на индикатора); 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: за 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. Тестване 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: "Уред и методи за изследване на електрофизиологичните функции"

Мишена: да се запознаят с условията и тенденциите в възникването и развитието на електрофизиологията, въвеждането на сферата на практическото използване на оборудването. 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 експлоатация на електронно оборудване.

6. Електрофизиологични методи (извънклетъчен и вътреклетъчен запис и запис 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 изследвания 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 английски. - 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. Ноздрачев - М., 1991г

9. Семинар по нормална физиология. / Ед. НА. Агаджанян - М .: Издателство на университета RUDN, 1996

работа 3

Предмет: "Методически техники, използвани при провеждането на хроничен експеримент"

Мишена: за изучаване на основните теоретични въпроси, свързани с практикуваните оперативни техники в експерименталната физиология.

Въпроси за самоподготовка

1. Правила и условия.

2. Налагането на фистули. Техниката на прилагане на различни видове шевове.

3. Хетерогенни нервни, нервно-мускулни, 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 изследвания 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 английски. - 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. Ноздрачев - М., 1991г

9. Семинар по нормална физиология. / Ед. НА. Агаджанян - М .: Издателство на университета RUDN, 1996

работа 4

Предмет: "Електрофизиологични методи"

Въпроси за самоподготовка

1. История на изучаването на биоелектричните явления.

2. Генератори на ток и напрежение.

3. Електроди и усилватели.

4. Записващи устройства.

5. Микроелектродна техника 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 изследвания 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 английски. - 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. Ноздрачев - М., 1991г

9. Семинар по нормална физиология. / Ед. НА. Агаджанян - М .: Издателство на университета RUDN, 1996

работа 5

Предмет: "Биохимични и хистохимични методи във физиологията"

Въпроси за самоподготовка

1. Химично картографиране на мозъка.

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

3. Разкриване на локализацията на резисторите в структурите на централната нервна система.

4. Разкриване на локализацията на рецепторите в таргетните 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 изследвания 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 английски. - 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. Ноздрачев - М., 1991г

9. Семинар по нормална физиология. / Ед. НА. Агаджанян - М .: Издателство на университета RUDN, 1996

работа 6

Предмет: "Хистологични и невроанатомични методи"

Въпроси за самоподготовка

1. Перфузия.

2. Екстракция на мозъка.

3. Изработване на блокове от мозъчна тъкан.

4. Изработка на секции.

5. Приготвяне на желатинирани слайдове.

6. Монтажни резени.

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 изследвания 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 английски. - 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. Ноздрачев - М., 1991г

9. Семинар по нормална физиология. / Ед. НА. Агаджанян - М .: Издателство на университета RUDN, 1996

работа 7

Предмет: "Изучаването на различни методи и техники в изследването на соматосензорните системи на тялото"

Въпроси за самоподготовка

1. Общи принципи на координирана мускулна инервация.

2. Реципрочна инервация на мускулите антагонисти.

3. Гръбначно животно.

4. Моносимпатична и полисимпатикова рефлексна дъга.

5. Обратимо изключване на малкия мозък при плъхове.

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 изследвания 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 английски. - 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. Ноздрачев - М., 1991г

9. Семинар по нормална физиология. / Ед. НА. Агаджанян - М .: Издателство на университета RUDN, 1996

работа 8

Предмет: "Изучаването на различни методи и техники при изследване на висцералните системи на тялото"

Въпроси за самоподготовка

1. Регистрация на потенциала на действие (AP) на стомашния миокард и неговите промени при стимулация на вагосимпатиковия ствол.

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

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 изследвания 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 английски. - 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. Ноздрачев - М., 1991г

9. Семинар по нормална физиология. / Ед. НА. Агаджанян - М .: Издателство на университета RUDN, 1996

работа 9

Предмет: "Методи за изследване на висшата нервна дейност"

Въпроси за самоподготовка

1. Методът 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 при 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 изследвания 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 английски. - 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. Ноздрачев - М., 1991г

9. Семинар по нормална физиология. / Ед. НА. Агаджанян - М .: Издателство на университета RUDN, 1996

Физиологията възниква като самостоятелна наука през 15 век благодарение на изследванията на Харви и редица други естествени учени, а от края на 15 - началото на 16 век основният метод в областта на физиологията е метод на експеримента. Методът на наблюдение е най-древният, възникнал от Др. Гърция, беше добре развит в Египет, на Dr. Изток, Тибет, Китай. Същността на този метод се състои в дългосрочното наблюдение на промените във функциите и състоянията на тялото, фиксирането на тези наблюдения и, ако е възможно, сравняването на визуалните наблюдения с промените в тялото след отваряне. Хипократ приписва характера на поведението на наблюдаваните признаци. Благодарение на внимателните си наблюдения той формулира учението за темперамента. Методът на наблюдението се използва широко във физиологията (особено в психофизиологията), като в момента методът на наблюдение се комбинира с метода на хроничния експеримент.
Метод на експеримента. Физиологичният експеримент, за разлика от простото наблюдение, е целенасочена намеса в текущото управление на организма, 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 животното, която може да носи: 1) остри (вивисекция, от думата vivo - жив, sekcia - secu, т.е. secu за живите), 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. За първи път вивисекцията започва да се използва през Средновековието, но започва да се въвежда широко във физиологичната наука през Ренесанса (XV-XVII век). Анестезията по това време не е била известна и животното е било здраво фиксирано с 4 крайника, докато е изпитвало мъчения. Това беше причината за появата на философски групи и течения. Анимализъм (тенденции, насърчаващи хуманно отношение към животните и застъпници за прекратяване на малтретирането на животни, анимализмът се популяризира в момента), витализъм (застъпване, че не са провеждани експерименти върху неупоени животни и доброволци), механизъм (идентифициран правилно протичащи в животно 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 тялото и връзката му с външната среда. Подобно използване на анестезия и хирургическа интервенция по време на вивисекция въвежда неконтролируеми параметри в острия експеримент, които трудно могат да бъдат отчетени и предвидими.
Острият експеримент, както 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 по време на прилагането на анестезия и съответно се нарушава целостта на реакцията на тялото;
2) връзката на организма с околната среда е нарушена при анестезия;
3) при липса на анестезия има неадекватно освобождаване на хормони на стреса и ендогенни (произведени в тялото) морфиноподобни вещества на ендорфини, които имат аналгетичен ефект, което е неадекватно 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 приписват недостатъците на хроничния експеримент на факта, че резултатите се получават за сравнително дълго време. В хроничния експеримент се използват редица методически похвати и подходи.
1. Електрофизиологични методи.
2. Методът за налагане на фистули върху кухи органи и органи с отделителни канали.
Предшественикът на метода на фистулата е Басов, но когато се прилага фистула по неговия метод, съдържанието на стомаха попада в епруветката заедно с храносмилателни сокове, което затруднява изследването на състава на стомашния сок, етапите на храносмилането, скоростта на храносмилателните процеси и качеството на отделения стомашен сок за различни хранителни състави. Фистулите могат да се наслагват върху стомаха, каналите на слюнчените жлези, червата, хранопровода и др. Разликата между павловската фистула и басовската е, че Павлов прилага фистулата към „малката камера“, която е изкуствено направена хирургически и задържана храносмилателна и хуморална регулация. Това позволи на Павлов да разкрие не само качествения и количествения състав на стомашния сок за приемане на 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 разкрива липсата или наличието на пластичност на неврони или нервни центрове в регулацията на функциите. При нервно-съдовите анастенози ефекторни органи са кръвоносните съдове и съответно разположените в тях хемо- и барорецептори.
4. Трансплантация на различни органи. Презасаждане и отстраняване на органи или различни части от мозъка (екстирпация). В резултат на отстраняване на орган се създава хипофункция на определена жлеза, в резултат на презасаждане се създава ситуация на хиперфункция или излишък на хормони на определена жлеза. Екстирпацията на различни части на мозъка и мозъчната кора разкрива функциите на тези отдели. Например, когато малкият мозък беше отстранен, беше разкрито участието му в регулирането на движението, в поддържането на позата и статокинетичните рефлекси. Отстраняването на различни участъци от мозъчната кора позволи на Бродман да раздели кората на 52 полета.
5. Метод на трансекция на главния и гръбначния мозък. Позволява ви да идентифицирате 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. те трябва да са упойващи): платина, сребро, паладий. Електродите позволяват не само да се разкрие функцията на една или друга област, но и обратно, да се регистрира в коя част на мозъка появата предизвиква потенциал (BT) 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). Перфузия - преминаване на разтвори с различен химичен състав през нашия компонент или чрез наличието на метаболити в него (глюкоза, PVC, млечна киселина) или чрез съдържанието на биологично активни вещества (хормони, неврохормони, ендорфини, енкефамини и др.). Канюлата ви позволява да инжектирате разтвори с различно съдържание в определена област на мозъка и да наблюдавате промени във функционалната активност от страна на двигателния апарат, 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, АТФ е универсалният енергиен донор във всички живи системи, а при синтеза и ресинтезата на АТФ глюкозата е основният енергиен субстрат (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, докато златото не се използва и се натрупва в тази област. Според мултиактивното злато количеството му се съди за синтетичната и функционалната активност.
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 запис на зададените бързи и бавни биопотенциали, със запис на евокирани потенциали, както и запис на ЕЕГ, миограми.
10. Биохимични методи. Това е голяма група методи, чрез които в циркулиращите течности, тъкани, а понякога и органи се определя нивото на катиони, аниони, йонизирани елементи (макро и микроелементи), енергийни вещества, ензими, биологично активни вещества (хормони и др.). . 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 дори на цяла система от органи. Например, нивото на 11-OCS може да се използва за преценка на функционалната активност на фасцикуларната зона 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-OCS е крайният продукт на периферната връзка на надбъбречната кора. 11. Хистохимични методи. Имунологични методи във физиологията.
12. Методи за изследване на физиологията на ГНИ. Планиране на експерименти За планиране на експерименти е необходимо да се познават принципите и тактиката на изследването, научният подход, които се формират най-добре при директното изпълнение на експериментите. Предимството на лабораторното изследване пред наблюдението е, че изследователят може да контролира условията на експеримента, т.е. да установи точен 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 организма. Условията включват директна намеса (отстраняване на части от мозъка, неговото стимулиране или употребата на различни лекарства), промени в околната среда (температура и светлина), промени в режима на подсилване, затруднения в ученето, продължителност на лишаване от храна или фактори като като възраст, пол, генетична линия и т.н. За да се сведе до минимум погрешното тълкуване на експерименти, свързано с 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 изключи влиянието на изследвания фактор, за който е планиран самият експеримент. Едно и също животно може да се използва както в контролата, така и в експеримента, ако например е необходимо да се сравни поведението му преди и след отстраняването на мозъчни участъци. Друга често срещана процедура за контрол, чиято цел е да намали едновременното влияние на променливи фактори, е балансираното прилагане на различни въздействия върху едно и също животно (например инжектиране 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 таблицата с произволни числа, намираща се в много статистически книги (простото извеждане на животни от клетка за формиране на група не е адекватно, тъй като най-слабите или най-пасивните животни ще бъдат взети първи). Поради възможни грешки или променливост в получените резултати поради неконтролирани променливи, измерванията обикновено се повтарят и се намира средна или медианна стойност. При повтарящи се измервания се правят множество наблюдения върху едни и същи животни, или едно наблюдение върху много животни, или и двете. Колкото по-вероятно е да има грешки или колебания, свързани с някаква неизвестна или неконтролирана променлива, толкова по-вероятно е повтарящите се измервания да се различават и по този начин променливостта на измерванията спрямо средната стойност ще бъде по-голяма. Статистическият анализ се използва за оценка на степента на значимост на наблюдаваните разлики между експериментални и контролни групи или експериментални условия. Научният анализ, базиран на натуралистични наблюдения или на лабораторни експерименти, разчита на измервания, с помощта на които се придава количествен характер на наблюденията. Така нареченото ниво на измерване определя какви аритметични операции могат да се прилагат към числата, което следователно 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 да се вземе решение за точността на измервателните инструменти 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 електронни технологии, анализиращи устройства и електронни компютри, както и на биохимични и фармакологични методи на изследване. на физиологичния експеримент. При изследването на физиологичните функции с помощта на различно оборудване в експеримента се формират своеобразни системи. 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. Системата, 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 изследване и регистриране 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 сами могат да генерират електрически сигнали и не се нуждаят от захранване от източник на ток, други се нуждаят от това захранване. Големината на сензорните сигнали обикновено е малка, така че те трябва първо да бъдат усилени, за да бъдат записани. Системи, използващи сензори, се използват за балистокардиография, плетизмография, сфигмография, регистриране на двигателна активност, кръвно налягане, дишане, определяне на газове в кръвта и издишвания въздух и др. Ако системите се допълват и координират с работата на 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 трудова и спортна дейност, независимо от разстоянието между обекта на изследване и изследователя. Системите, предназначени да въздействат върху тялото или неговите структурни и функционални единици, имат различни ефекти: стартиращи, стимулиращи и инхибиращи.
Методите и опциите за експозиция 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 е възможно да се повлияе на зрителния анализатор със светлина, на слуховия анализатор със звук и на обонятелния анализатор с различни миризми. Във физиологичните експерименти електрическият ток често се използва като стимул и затова широко се използват електронни импулсни стимулатори и стимулиращи електроди. Електростимулацията се използва за стимулиране на рецептори, клетки, мускули, нервни влакна, нерви, нервни центрове и др. При необходимост може да се приложи биотелеметрична стимулация. Изследванията на физиологичните функции се извършват не само в покой, но и по време на различни физически дейности.
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. Докато провеждат наблюдението, 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 XVII 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 в изучаването на физиологичните процеси предоставя настройката експерименти. При извършване на физиологичен експеримент изследователят изкуствено създава условия за разкриване на същността и закономерностите на протичане на физиологичните процеси. Върху жив обект могат да се прилагат дозирани физични и химични въздействия, въвеждане на различни вещества в кръвта или органите, да се изследва реакцията на органите и системите.

Експериментите във физиологията се делят на остри и хронични. Остри преживяваниясе извършват върху животни и се характеризират с това, че не се поставя задачата за спасяване на живота на животното, след експеримента то умира. По време на такова преживяване се правят съкращения, несъвместими с живота, премахват се органи.Отдалечените органи се наричат ​​изолирани. тях от меся сев физиологични разтвори, подобни по състав или поне в 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 в периода 17-ти - началото на 20-ти век. когато е имало натрупване на знания за функциите на органите и техните разуменструктури.За продукцииЗа физиологичен експеримент е най-удобно да се използват изолирани органи на хладнокръвни животни. И така, достатъчно е да измиете 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 започнаха да се използват не само във физиологията, но и в други области на медицинската наука. Например, препарат от изолирано сърце на жаба (метод на Straub) се използва като стандартизиран обект за изследване на биологичната активност на определени лекарства по време на тяхното масово производство и разработването на нови лекарства.

Възможностите на остър експеримент обаче са ограничени не само поради етичните проблеми, свързани с факта, че животните умират по време на експеримента и с възможността да им се причини болка с недостатъчно адекватна анестезия, но и защото изследването се провежда не в състояния на целия организъм, но в нарушение на системните регулаторни механизми.

хроничен опитлишен от някои от горните недостатъци. При хроничен експеримент изследването се провежда върху практически здраво животно, подложено на минимално въздействие върху него и спасяващо живота му. Преди изследването могат да се извършат операции на животното, 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 включва в експеримента след заздравяване на повърхността на раната и възстановяване на функциите.

Важно събитие в развитието на физиологичните методи беше въвеждането на графичен запис на наблюдаваните явления. Немският учен К. Лудвиг изобретява кимографа и за първи път регистрира флуктуации (вълни) в артериалното кръвно налягане. След това са разработени методи за записване на физиологични процеси с помощта на механични зъбни колела (лостове на Енгелман), въздушни зъбни колела (капсула на Марей), методи за записване на кръвонапълването на органите и техния обем (плетизмограф на Мосо). Кривите, получени по време на такива регистрации, обикновено се наричат ​​кимограми.

По-широки методологични възможности в познаването на физиологията на човека и животните се появиха след създаването на теорията за електричеството и устройствата за регистриране на електрически потенциали и дозирани ефекти на електрически ток върху тялото. Електрическите стимули се оказват най-адекватни за въздействие върху нервните и мускулните 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, като правило, завършва за част от секундата.

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

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

Безопасността на изследването, липсата на травматизация и увреждане на обекта, който се изследва.

Ефективност на сензори и записващи устройства.

Възможност за синхронна регистрация на няколко показателя на физиологичните функции.

Възможност за дългосрочно регистриране на изследваните показатели. Това позволява да се разкрие цикличността на хода на физиологичните процеси, да се определят параметрите на циркадните (циркадни) ритми, да се идентифицира наличието на пароксизмални (епизодични) нарушения на процесите.

Малките размери и тегло на апаратите позволяват провеждането на изследвания 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 разходите за време за запис на данни и тяхната математическа обработка рязко намаляват и става възможно извличането на повече информация от получените сигнали.

Въпреки това, въпреки редица предимства на съвременните методи на физиологично изследване, правилността на определението показателифизиологичните функции до голяма степен зависи от качеството на образованието на медицинския персонал, от знанията образуванияфизиологични процеси, характеристики на сензорите и принципи на работа на използваните устройства, способност за работа спациенти, дават му инструкции, следят напредъка на изпълнението им и коригират действията на пациента.

Резултатите от еднократни измервания или динамични наблюдения, извършени от различни медицински специалисти при 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 при 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 при различните хора се нарича междуиндивидуални вариации.Извиква се съвкупността от всички грешки и колебания на параметрите обща променливост.

Важна роля в получаването на информация за състоянието и степента на нарушение на физиологичните функции принадлежи на така наречените функционални тестове. Терминът „функционално изпитване“ често се използва вместо „тест“. Извършването на функционални изпитвания 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 физиологичните параметри в динамика, преди и след извършването на определени въздействия върху тялото или произволни действия на субекта. Най-често използваните функционални тестове са дозирана физическа активност. Тестовете се извършват и чрез входни въздействия, при които промени в положението на тялото в пространството, напрежение, промени в газовия състав на вдишания въздух, въвеждане на лекарства, загряване, охлаждане, изпиване на определена доза алкален разтвор , разкриват се и много други показатели.

Надеждността и валидността са сред най-важните изисквания за функционални тестове.

Надеждност -способност за извършване на теста със задоволителна точност от специалист със средна квалификация. Високата надеждност е присъща на сравнително прости тестове, чието изпълнение е малко засегнато от околната среда. Най-надеждните тестове, които отразяват състоянието или величината на резервите на физиологичната функция, се признават 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 позволява в по-голям брой случаи да се намерят правилните отговори на въпросите, зададени по време на тестването, тогава този тест има висока валидност.

Използването на функционални тестове рязко увеличава диагностичните възможности само ако тези тестове се извършват правилно. Адекватният им подбор, прилагане и интерпретация изисква медицинските работници да притежават задълбочени теоретични познания и достатъчен опит в изпълнението на практическата работа.