Métodos de investigación fisiológica. La fisiología como ciencia.
Metodología - un conjunto de manipulaciones, cuya implementación asegura la obtención de los resultados necesarios de acuerdo con la tarea.
Método de investigación analítico-sintético.- una forma de estudiar el funcionamiento del organismo de forma integral, en la unidad e interconexión de todos sus componentes.
Métodos de investigación en fisiología.
Para estudiar diversos procesos y funciones de un organismo vivo, se utilizan métodos de observación y experimentación.
Observación - un método para obtener información mediante el registro directo, generalmente visual, de fenómenos y procesos fisiológicos que ocurren bajo ciertas condiciones.
Experimento- un método para obtener nueva información sobre las relaciones de causa y efecto entre fenómenos y procesos en condiciones controladas y controladas. Un experimento agudo es aquel que se lleva a cabo durante un período de tiempo relativamente corto. Un experimento que dura mucho tiempo (días, semanas, meses, años) se llama crónico.
Método de observación
La esencia de este método es evaluar la manifestación de un determinado proceso fisiológico, la función de un órgano o tejido en condiciones naturales. Este es el primer método que se originó en la antigua Grecia. En Egipto, durante la momificación, se abrían los cadáveres y los sacerdotes analizaban el estado de varios órganos en relación con los datos previamente registrados sobre el pulso, la cantidad y calidad de la orina y otros indicadores de las personas que observaban.
Actualmente, los científicos, que realizan investigaciones observacionales, utilizan en su arsenal una serie de dispositivos simples y complejos (aplicación de fístulas, implantación de electrodos), lo que permite determinar de manera más confiable el mecanismo de funcionamiento de órganos y tejidos. Por ejemplo, al observar la actividad de la glándula salival, se puede determinar cuánta saliva se secreta durante un determinado período del día, su color, espesor, etc.
Sin embargo, la observación del fenómeno no responde a la pregunta de cómo se lleva a cabo tal o cual proceso o función fisiológica.
El método observacional se utiliza más ampliamente en zoopsicología y etología.
Método experimental
Un experimento fisiológico es una intervención específica en el cuerpo de un animal para descubrir la influencia de varios factores en sus funciones individuales. Esta intervención a veces requiere una preparación quirúrgica del animal, que puede ser aguda (vivisección) o crónica (quirúrgica experimental). Por tanto, los experimentos se dividen en dos tipos: agudos (vivisección) y crónicos.
El método experimental, a diferencia del método observacional, permite conocer el motivo de la implementación de un proceso o función.
Vivisección llevado a cabo en las primeras etapas del desarrollo fisiológico en animales inmovilizados sin el uso de anestesia. Pero a partir del siglo XIX. En experimentos agudos, se utilizó anestesia general.
Un experimento agudo tiene sus ventajas y desventajas. Las ventajas incluyen la capacidad de simular diferentes situaciones y obtener resultados en un tiempo relativamente corto. Las desventajas incluyen el hecho de que en un experimento agudo se excluye la influencia del sistema nervioso central en el cuerpo cuando se utiliza anestesia general y se altera la integridad de la respuesta del cuerpo a diversas influencias. Además, a menudo es necesario sacrificar a los animales después de un experimento intenso.
Por lo tanto, posteriormente se desarrollaron métodos. experimento crónico, en el que se lleva a cabo una observación a largo plazo de los animales después de la cirugía y la recuperación del animal.
Académico I.P. Pavlov desarrolló un método para aplicar fístulas a órganos huecos (estómago, intestinos, vejiga). El uso de la técnica de la fístula permitió dilucidar los mecanismos de funcionamiento de muchos órganos. En condiciones estériles, se realiza una operación quirúrgica en el animal anestesiado para acceder a un órgano interno específico, se implanta un tubo de fístula o se extrae el conducto de la glándula y se sutura a la piel. El experimento real comienza después de que la herida postoperatoria haya cicatrizado y el animal se haya recuperado, cuando los procesos fisiológicos vuelven a la normalidad. Gracias a esta técnica, fue posible estudiar durante mucho tiempo la imagen de los procesos fisiológicos en condiciones naturales.
El método experimental, como el método de observación, implica el uso de equipos modernos simples y complejos, instrumentos incluidos en sistemas diseñados para influir en un objeto y registrar diversas manifestaciones de la actividad vital.
La invención del quimógrafo y el desarrollo de un método para registrar gráficamente la presión arterial por parte del científico alemán K. Ludwig en 1847 abrieron una nueva etapa en el desarrollo de la fisiología. El quimógrafo permitió realizar un registro objetivo del proceso en estudio.
Posteriormente, se desarrollaron métodos para registrar las contracciones del corazón y los músculos (T. Engelman) y un método para registrar los cambios en el tono vascular (pletismografía).
Objetivo registro grafico Los fenómenos bioeléctricos fueron posibles gracias al galvanómetro de cuerda inventado por el fisiólogo holandés Einthoven. Fue el primero en registrar un electrocardiograma en una película fotográfica. El registro gráfico de potenciales bioeléctricos sirvió de base para el desarrollo de la electrofisiología. Actualmente, la electroencefalografía se utiliza ampliamente en la práctica y la investigación científica.
Una etapa importante en el desarrollo de la electrofisiología fue la invención de los microelectrodos. Mediante micromanipuladores se pueden introducir directamente en una célula y registrar los potenciales bioeléctricos. La tecnología de microelectrodos ha permitido descifrar los mecanismos de generación de biopotenciales en las membranas celulares.
El fisiólogo alemán Dubois-Reymond es el fundador del método de estimulación eléctrica de órganos y tejidos mediante una bobina de inducción para la estimulación eléctrica dosificada de tejidos vivos. Actualmente se utilizan para ello estimuladores electrónicos que permiten recibir impulsos eléctricos de cualquier frecuencia y fuerza. La estimulación eléctrica se ha convertido en un método importante para estudiar las funciones de órganos y tejidos.
Los métodos experimentales incluyen muchos métodos fisiológicos.
Eliminación(extirpación) de un órgano, por ejemplo una determinada glándula endocrina, permite determinar su efecto sobre diversos órganos y sistemas del animal. La extirpación de varias áreas de la corteza cerebral permitió a los científicos determinar su efecto en el cuerpo.
Los avances modernos en fisiología se han debido al uso de tecnología radioelectrónica.
Implantación de electrodos. en diferentes partes del cerebro ayudó a establecer la actividad de varios centros nerviosos.
Introducción isótopos radioactivos en el cuerpo permite a los científicos estudiar el metabolismo de diversas sustancias en órganos y tejidos.
Método tomográfico El uso de resonancia magnética nuclear es muy importante para dilucidar los mecanismos de los procesos fisiológicos a nivel molecular.
Bioquímico Y biofísico Los métodos ayudan a identificar con precisión varios metabolitos en órganos y tejidos de animales en estados normales y patológicos.
El conocimiento de las características cuantitativas de varios procesos fisiológicos y las relaciones entre ellos permitió crear sus modelos matemáticos. Con ayuda de estos modelos se reproducen procesos fisiológicos en un ordenador y se estudian distintas opciones de reacción.
Métodos básicos de investigación fisiológica.
La fisiología es una ciencia experimental, es decir. todas sus disposiciones teóricas se basan en los resultados de experimentos y observaciones.
Observación
Observación se ha utilizado desde los primeros pasos del desarrollo de la ciencia fisiológica. Al realizar una observación, los investigadores proporcionan una descripción descriptiva de los resultados. En este caso, el objeto de observación suele estar ubicado en condiciones naturales sin influencias especiales sobre él por parte del investigador. La desventaja de la simple observación es la imposibilidad o gran dificultad de obtener indicadores cuantitativos y la percepción de procesos rápidos. Entonces, a principios del siglo XVII. V. Harvey, después de observar el trabajo del corazón en animales pequeños, escribió: “La velocidad del movimiento cardíaco no nos permite distinguir cómo ocurren la sístole y la diástole y, por lo tanto, es imposible saber en qué momento y en qué parte se expande. y se produce la contracción”.
Experiencia
La puesta en escena brindará mayores oportunidades que la simple observación en el estudio de los procesos fisiológicos. experimentos. Al realizar un experimento fisiológico, el investigador creará artificialmente las condiciones para identificar la esencia y las leyes del curso de los procesos fisiológicos. Se pueden aplicar efectos físicos y químicos dosificados a un objeto vivo, la introducción de diversas sustancias en la sangre o los órganos y el registro de la respuesta a los efectos.
Los experimentos en fisiología se dividen en agudos y crónicos. Efectos en animales de experimentación en experiencias agudas Puede ser incompatible con la preservación de la vida de los animales, por ejemplo, los efectos de grandes dosis de radiación, sustancias tóxicas, pérdida de sangre, paro cardíaco artificial, cese del flujo sanguíneo. Se podrán extraer órganos individuales de los animales para estudiar sus funciones fisiológicas o para la posibilidad de trasplantarlos a otros animales. Para preservar la viabilidad, los órganos extraídos (aislados) se colocan en soluciones salinas frías que son similares en composición o al menos en el contenido de los minerales más importantes en el plasma sanguíneo. Estas soluciones se denominan fisiológicas. Entre las soluciones fisiológicas más simples se encuentra una solución isotópica de NaCl al 0,9%.
La realización de experimentos con órganos aislados fue especialmente popular entre el siglo XV y principios del XX, cuando se acumulaba conocimiento sobre las funciones de los órganos y sus estructuras individuales. Para montar un experimento fisiológico, lo más conveniente es utilizar órganos aislados de animales de sangre fría que conserven sus funciones durante mucho tiempo. Así, un corazón de rana aislado, cuando se lava con solución salina de Ringer, puede contraerse a temperatura ambiente durante muchas horas y responder a diversas influencias cambiando la naturaleza de la contracción. Debido a la facilidad de preparación y la importancia de la información obtenida, estos órganos aislados se utilizan no sólo en fisiología, sino también en farmacología, toxicología y otras áreas de la ciencia médica. Por ejemplo, una preparación de un corazón de rana aislado (según el método Straub) se utiliza como objeto estandarizado para probar la actividad biológica en la producción en masa de ciertos fármacos y en el desarrollo de nuevos fármacos.
Sin embargo, las posibilidades de una experiencia aguda son limitadas no sólo por cuestiones éticas relacionadas con el hecho de que los animales están expuestos al dolor y mueren durante el experimento, sino también porque la investigación a menudo se lleva a cabo en violación de los mecanismos sistémicos que regulan el flujo. de funciones fisiológicas, o en condiciones artificiales, fuera de todo el organismo.
experiencia cronica Carece de una serie de desventajas enumeradas. En un experimento crónico, el estudio se realiza en un animal prácticamente sano en condiciones de mínimo impacto sobre él y preservando su vida. Antes del estudio, se pueden realizar operaciones en el animal para prepararlo para el experimento (se implantan electrodos, se forman fístulas para acceder a las cavidades y conductos de los órganos). Los experimentos con estos animales comienzan después de que la superficie de la herida ha cicatrizado y se han restablecido las funciones deterioradas.
Un acontecimiento importante en el desarrollo de los métodos de investigación fisiológica fue la introducción del registro gráfico de los fenómenos observados. El científico alemán K. Ludwig inventó el quimógrafo y por primera vez registró fluctuaciones (ondas) de la presión arterial en un experimento agudo. A continuación, se desarrollaron métodos para registrar procesos fisiológicos utilizando engranajes mecánicos (palancas de Engelmann), engranajes neumáticos (cápsula de Marey), métodos para registrar el suministro de sangre a los órganos y su volumen (pletismógrafo de Mosso). Las curvas obtenidas de dichos registros suelen denominarse quimogramas.
Los fisiólogos inventaron métodos para recolectar saliva (cápsulas de Lashley-Krasnogorsky), que permitieron estudiar su composición, la dinámica de formación y secreción y, posteriormente, su papel en el mantenimiento de la salud de los tejidos bucales y el desarrollo de enfermedades. Los métodos desarrollados para medir la fuerza de presión de los dientes y su distribución en áreas individuales de la superficie dental permitieron determinar cuantitativamente la fuerza de los músculos masticatorios, la naturaleza del ajuste de la superficie de masticación de los dientes superiores y mandíbulas inferiores.
Aparecieron oportunidades más amplias para estudiar las funciones fisiológicas del cuerpo humano y animal después del descubrimiento por parte del fisiólogo italiano L. Galvani de las corrientes eléctricas en los tejidos vivos.
El registro de los potenciales eléctricos de las células nerviosas, sus procesos, estructuras individuales o todo el cerebro permitió a los fisiólogos comprender algunos de los mecanismos de funcionamiento del sistema nervioso de una persona sana y sus trastornos en las enfermedades neurológicas. Estos métodos siguen estando entre los más comunes en el estudio de las funciones del sistema nervioso en las clínicas y laboratorios fisiológicos modernos.
El registro de los potenciales eléctricos del músculo cardíaco (electrocardiografía) permitió a los fisiólogos y médicos no sólo comprender y estudiar en profundidad los fenómenos eléctricos del corazón, sino también aplicarlos en la práctica para evaluar el trabajo del corazón y detectar tempranamente sus trastornos en el corazón. enfermedades y seguimiento de la eficacia del tratamiento.
El registro de los potenciales eléctricos de los músculos esqueléticos (electromiografía) ha permitido a los fisiólogos estudiar muchos aspectos de los mecanismos de excitación y contracción de los músculos. En particular, la electromiografía de los músculos masticatorios ayuda a los dentistas a evaluar objetivamente el estado de su función en una persona sana y en una serie de enfermedades neuromusculares.
La aplicación de influencias (estímulos) eléctricos o electromagnéticos externos de intensidad y duración moderadas al tejido nervioso y muscular no causa daños a las estructuras en estudio. Esto permite que se utilicen con éxito no sólo para evaluar las respuestas fisiológicas a las influencias, sino también para el tratamiento (estimulación eléctrica de músculos y nervios, estimulación magnética transcraneal del cerebro).
Basado en los logros de la física, la química, la microelectrónica y la cibernética de finales del siglo XX. Se han creado las condiciones para la mejora cualitativa de los métodos de investigación fisiológica y médica. Entre estos métodos modernos, que permitieron profundizar aún más en la esencia de los procesos fisiológicos de un organismo vivo, evaluar el estado de sus funciones e identificar sus cambios en las primeras etapas de las enfermedades, destacan los métodos de investigación por visualización. Esto incluye sondeos ultrasónicos del corazón y otros órganos, tomografía computarizada por rayos X, visualización de la distribución de isótopos de vida corta en los tejidos, resonancia magnética, emisión de positrones y otros tipos de tomografía.
Para el uso exitoso de métodos fisiológicos en medicina, se formularon requisitos internacionales que debían cumplirse al desarrollar e introducir en la práctica métodos de investigación fisiológica. Entre estos requisitos los más importantes son:
- seguridad del estudio, ausencia de traumatismos y daños al objeto en estudio;
- alta sensibilidad, velocidad de sensores y dispositivos de registro, posibilidad de registro sincrónico de varios indicadores de funciones fisiológicas;
- posibilidad de registro a largo plazo de los indicadores estudiados. Esto permite identificar la naturaleza cíclica de los procesos fisiológicos, determinar los parámetros de los ritmos circadianos (circadianos) e identificar la presencia de alteraciones paroxísticas (episódicas) de los procesos;
- cumplimiento de estándares internacionales;
- las pequeñas dimensiones y el peso de los dispositivos permiten realizar investigaciones no solo en el hospital, sino también en casa, mientras se trabaja o se practica deporte;
- el uso de la tecnología informática y los logros de la cibernética para registrar y analizar los datos obtenidos, así como para modelar procesos fisiológicos. Cuando se utiliza tecnología informática, el tiempo dedicado a la grabación de datos y al procesamiento matemático se reduce drásticamente y es posible extraer más información de las señales recibidas.
Sin embargo, a pesar de una serie de ventajas de los métodos modernos de investigación fisiológica, la exactitud de la determinación de los indicadores de las funciones fisiológicas depende en gran medida de la calidad de la educación del personal médico, del conocimiento de la esencia de los procesos fisiológicos, las características de los sensores y los principios de funcionamiento de los dispositivos utilizados, la capacidad de trabajar con un paciente, darle instrucciones, monitorear el progreso de su implementación y corregir las acciones del paciente.
Los resultados de mediciones únicas u observaciones dinámicas realizadas por diferentes profesionales médicos en el mismo paciente no siempre coinciden. Por tanto, persiste el problema de aumentar la fiabilidad de los procedimientos de diagnóstico y la calidad de la investigación.
La calidad del estudio se caracteriza por la precisión, corrección, convergencia y reproducibilidad de las mediciones.
La característica cuantitativa de un indicador fisiológico determinada durante el estudio depende tanto del valor real del parámetro de este indicador como de una serie de errores cometidos por el dispositivo y el personal médico. Estos errores se llaman variabilidad analítica. Normalmente, se requiere que la variabilidad analítica no supere el 10% del valor medido. Dado que el valor real del indicador para una misma persona puede cambiar debido a ritmos biológicos, condiciones climáticas y otros factores, el término dentro de variaciones individuales. La diferencia en el mismo indicador entre diferentes personas se llama variaciones interindividuales. La totalidad de todos los errores y fluctuaciones de un parámetro se llama variabilidad total.
Prueba funcional
Un papel importante en la obtención de información sobre el estado y el grado de deterioro de las funciones fisiológicas pertenece a las llamadas pruebas funcionales. En lugar del término "prueba funcional", a menudo se utiliza "prueba". Realización de pruebas funcionales - testing. Sin embargo, en la práctica clínica, el término "prueba" se utiliza con más frecuencia y en un sentido ligeramente más amplio que "prueba funcional".
Prueba funcional Implica el estudio de indicadores fisiológicos en dinámica, antes y después de realizar determinadas influencias en el cuerpo o acciones voluntarias del sujeto. Las más utilizadas son las pruebas funcionales con actividad física dosificada. También se realizan pruebas de entrada que revelan cambios en la posición del cuerpo en el espacio, esfuerzos, cambios en la composición del gas del aire inhalado, administración de medicamentos, calentamiento, enfriamiento, beber una cierta dosis de una solución alcalina y muchos otros indicadores.
Los requisitos más importantes para las pruebas funcionales incluyen la confiabilidad y la validez.
Fiabilidad - la capacidad de realizar la prueba con precisión satisfactoria por un especialista semicalificado. La alta confiabilidad es inherente a pruebas bastante simples, cuyo desempeño está poco influenciado por el medio ambiente. Las pruebas más fiables que reflejan el estado o la cantidad de reservas de función fisiológica reconocen estándar de referencia o referencial.
Concepto validez Refleja la idoneidad de una prueba o método para el propósito previsto. Si se introduce una nueva prueba, su validez se evalúa comparando los resultados obtenidos utilizando esta prueba con los resultados de pruebas de referencia previamente reconocidas. Si la prueba recién introducida le permite encontrar las respuestas correctas a las preguntas planteadas durante la prueba en un mayor número de casos, entonces esta prueba tiene una alta validez.
El uso de pruebas funcionales aumenta drásticamente las capacidades de diagnóstico sólo si estas pruebas se realizan correctamente. Su adecuada selección, implementación e interpretación requieren que los trabajadores médicos tengan amplios conocimientos teóricos y suficiente experiencia en el desempeño del trabajo práctico.
Métodos de investigación fisiológica.
La observación como método de investigación fisiológica. El desarrollo comparativamente lento de la fisiología experimental durante los dos siglos posteriores al trabajo de V. Harvey se explica por el bajo nivel de producción y desarrollo de las ciencias naturales, así como por la imperfección del estudio de los fenómenos fisiológicos a través de su observación habitual. Esta técnica metodológica fue y sigue siendo la causa de numerosos errores, ya que el experimentador debe realizar experimentos, ver y recordar muchos procesos y fenómenos complejos, lo cual es una tarea difícil. Las dificultades creadas por el método de simple observación de los fenómenos fisiológicos se evidencian elocuentemente en las palabras de Harvey: “La velocidad del movimiento cardíaco no permite distinguir cómo ocurren la sístole y la diástole y, por lo tanto, es imposible saber en qué momento y en qué parte se produce la expansión y la contracción. Efectivamente no podía distinguir la sístole de la diástole, ya que en muchos animales el corazón aparece y desaparece en un abrir y cerrar de ojos, con la velocidad del rayo, entonces me pareció que una vez hubo sístole y aquí hubo diástole, y otra Esta vez fue al revés. Hay diferencia y confusión en todo”.
De hecho, los procesos fisiológicos son fenómenos dinámicos. Están en constante desarrollo y cambio, por lo que es posible observar directamente solo 1-2 o, en el mejor de los casos, 2-3 procesos. Sin embargo, para poder analizarlos es necesario establecer una conexión entre estos fenómenos y otros procesos que pasan desapercibidos con este método de investigación. Como resultado, la simple observación de los procesos fisiológicos como método de investigación es una fuente de errores subjetivos. Por lo general, la observación nos permite establecer sólo el lado cualitativo de los fenómenos y hace imposible estudiarlos cuantitativamente.
Un hito importante en el desarrollo de la fisiología experimental fue la invención del quimógrafo y la introducción del método de registro gráfico de la presión arterial por parte del científico alemán Karl Ludwig en 1847.
Registro gráfico de procesos fisiológicos. El método de registro gráfico marcó una nueva etapa en la fisiología. Permitió realizar un registro objetivo del proceso en estudio, minimizando la posibilidad de errores subjetivos. En este caso, la experimentación y análisis del fenómeno en estudio podría realizarse en dos etapas. Durante el experimento en sí, la tarea del experimentador era obtener registros de alta calidad (curvas) kilogramos. El análisis de los datos obtenidos podría realizarse más tarde, cuando la atención del experimentador ya no estuviera distraída por el experimento. El método de registro gráfico hizo posible registrar simultáneamente (sincrónicamente) no uno, sino varios procesos fisiológicos.
Muy poco después de la invención del método para registrar la presión arterial, se propusieron métodos para registrar la contracción del corazón y los músculos (Engelman), se introdujo la técnica de transmisión aérea (cápsula de Marey), que permitió registrar, a veces a una A una distancia considerable del objeto, se producen una serie de procesos fisiológicos en el cuerpo: movimientos respiratorios del pecho y abdomen, peristaltismo y cambios en el tono del estómago, intestinos, etc. Se propuso un método para registrar cambios en el tono vascular (pletismografía de Mosso). ), el volumen de varios órganos internos: oncometría, etc.
Investigación de fenómenos bioeléctricos. Una dirección extremadamente importante en el desarrollo de la fisiología estuvo marcada por el descubrimiento de la "electricidad animal". L. Galvani demostró que los tejidos vivos son una fuente de potenciales eléctricos que pueden actuar sobre los nervios y músculos de otro organismo y provocar contracciones musculares. Desde entonces, durante casi un siglo, el único indicador de los potenciales generados por los tejidos vivos (potenciales bioeléctricos) fue la preparación neuromuscular de la rana. Ayudó a descubrir los potenciales generados por el corazón durante su actividad (la experiencia de Kölliker y Müller), así como la necesidad de una generación continua de potenciales eléctricos para la contracción muscular constante (la experiencia del “tétanos secundario” de Matteucci). Quedó claro que los potenciales bioeléctricos no son fenómenos aleatorios (laterales) en la actividad de los tejidos vivos, sino señales con cuya ayuda se transmiten "comandos" en el cuerpo al sistema nervioso y de éste a los músculos y otros órganos. Así, los tejidos vivos interactúan mediante una “lengua eléctrica”.
Este “lenguaje” fue posible entenderlo mucho más tarde, después de la invención de dispositivos físicos que capturaban los potenciales bioeléctricos. Uno de los primeros dispositivos de este tipo fue un simple teléfono. El notable fisiólogo ruso N. E. Vvedensky, a través del teléfono, descubrió algunas de las propiedades fisiológicas más importantes de los nervios y los músculos. A través del teléfono era posible escuchar los potenciales bioeléctricos, es decir, estudiarlos mediante la observación. Un importante paso adelante fue la invención de una técnica para el registro gráfico objetivo de fenómenos bioeléctricos. El fisiólogo holandés Einthoven inventó un galvanómetro de cuerda, un dispositivo que permitía registrar en una película fotográfica los potenciales eléctricos que surgen durante la actividad del corazón, un electrocardiograma (ECG). En nuestro país, el pionero de este método fue el fisiólogo más importante, alumno de I.M. Sechenov e I.P. Pavlov, A.F. Samoilov, que trabajó durante algún tiempo en el laboratorio de Einthoven en Leiden.
La electrocardiografía procedente de los laboratorios fisiológicos se trasladó muy pronto a la clínica como método perfecto para estudiar el estado del corazón, y hoy en día muchos millones de pacientes deben su vida a este método.
Los avances posteriores en electrónica permitieron crear electrocardiógrafos compactos y métodos de monitoreo telemétrico, permitiendo registrar ECG y otros procesos fisiológicos en astronautas en órbita terrestre baja, en atletas durante competiciones y en pacientes en áreas remotas desde donde se transmite la información. a través de cables telefónicos a grandes instituciones especializadas para un análisis completo.
El registro gráfico objetivo de los potenciales bioeléctricos sirvió de base para la rama más importante de nuestra ciencia: la electrofisiología. Un gran paso adelante fue la propuesta del fisiólogo inglés Adrian de utilizar amplificadores electrónicos para registrar los fenómenos bioeléctricos. V. Ya. Danilevsky y V. V. Pravdich-Neminsky fueron los primeros en registrar biocorrientes en el cerebro. Este método fue mejorado posteriormente por el científico alemán Berger. Actualmente, la electroencefalografía se utiliza ampliamente en la clínica, así como el registro gráfico de los potenciales eléctricos de los músculos (electromiografía), nervios y otros tejidos y órganos excitables. Esto hizo posible realizar una evaluación sutil del estado funcional de órganos y sistemas. Para el desarrollo de la fisiología, estos métodos también fueron de gran importancia: permitieron descifrar los mecanismos de actividad del sistema nervioso y otros órganos y tejidos, los mecanismos de regulación de los procesos fisiológicos.
Un hito importante en el desarrollo de la electrofisiología fue la invención de los microelectrodos, es decir, los electrodos más delgados cuyo diámetro de punta es igual a fracciones de micra. Utilizando micromanipuladores, estos electrodos se pueden insertar directamente en la célula y los potenciales bioeléctricos se pueden registrar intracelularmente. La tecnología de microelectrodos ha permitido descifrar los mecanismos de generación de biopotenciales, procesos que tienen lugar en las membranas celulares. Las membranas son las formaciones más importantes, ya que a través de ellas se llevan a cabo los procesos de interacción de las células del cuerpo y los elementos individuales de la célula entre sí. La ciencia de las funciones de las membranas biológicas (membranología) se ha convertido en una rama importante de la fisiología.
Métodos de estimulación eléctrica de órganos y tejidos. Un hito importante en el desarrollo de la fisiología fue la introducción del método de estimulación eléctrica de órganos y tejidos. Los órganos y tejidos vivos son capaces de responder a cualquier influencia: térmica, mecánica, química, etc. La estimulación eléctrica por su naturaleza se acerca al "lenguaje natural" con la ayuda del cual los sistemas vivos intercambian información. El fundador de este método fue el fisiólogo alemán Dubois-Reymond, quien propuso su famoso "aparato de trineo" (bobina de inducción) para la estimulación eléctrica dosificada de tejidos vivos.
Actualmente se utilizan para ello estimuladores electrónicos que permiten obtener impulsos eléctricos de cualquier forma, frecuencia y fuerza. La estimulación eléctrica se ha convertido en un método importante para estudiar las funciones de órganos y tejidos. Este método es ampliamente utilizado en la clínica. Se han desarrollado diseños de varios estimuladores electrónicos que pueden implantarse en el cuerpo. La estimulación eléctrica del corazón se ha convertido en una forma fiable de restaurar el ritmo y las funciones normales de este órgano vital y ha vuelto a trabajar a cientos de miles de personas. Se ha utilizado con éxito la estimulación eléctrica de los músculos esqueléticos y se están desarrollando métodos de estimulación eléctrica de áreas del cerebro utilizando electrodos implantados. Estos últimos, utilizando dispositivos estereotácticos especiales, se introducen en centros nerviosos estrictamente definidos (con una precisión de fracciones de milímetro). Este método, trasladado de la fisiología a la clínica, permitió curar a miles de pacientes neurológicos y obtener una gran cantidad de datos importantes sobre los mecanismos del cerebro humano (N. P. Bekhtereva).
Además de registrar potenciales eléctricos, temperatura, presión, movimientos mecánicos y otros procesos físicos, así como los resultados de los efectos de estos procesos en el cuerpo, los métodos químicos se utilizan ampliamente en fisiología.
Métodos de investigación química en fisiología. El “lenguaje” de las señales eléctricas no es el único del cuerpo. También es común la interacción química de procesos vitales (cadenas de procesos químicos que ocurren en los tejidos vivos). Por lo tanto, surgió un campo de la química que estudia estos procesos: la química fisiológica. Hoy se ha convertido en una ciencia independiente: la química biológica, que revela los mecanismos moleculares de los procesos fisiológicos. En los experimentos, los fisiólogos utilizan ampliamente métodos que surgieron en la intersección de la química, la física y la biología, lo que a su vez dio origen a nuevas ramas de la ciencia, por ejemplo, la física biológica, que estudia el lado físico de los fenómenos fisiológicos.
El fisiólogo utiliza ampliamente métodos con radionúclidos. La investigación fisiológica moderna también utiliza otros métodos tomados de las ciencias exactas. Proporcionan información verdaderamente invaluable en el análisis cuantitativo de los mecanismos de los procesos fisiológicos.
Registro eléctrico de magnitudes no eléctricas. Hoy en día, importantes avances en fisiología están asociados con el uso de tecnología radioelectrónica. Se utilizan sensores: convertidores de diversos fenómenos y cantidades no eléctricos (movimiento, presión, temperatura, concentración de diversas sustancias, iones, etc.) en potenciales eléctricos, que luego se amplifican mediante amplificadores electrónicos y se registran mediante osciloscopios. Se ha desarrollado una gran cantidad de diferentes tipos de dispositivos de grabación que permiten registrar muchos procesos fisiológicos en un osciloscopio e ingresar la información recibida en una computadora. Varios dispositivos utilizan efectos adicionales en el cuerpo (ultrasonidos u ondas electromagnéticas, etc.). En tales casos, se registran los valores de los parámetros de estos efectos que modifican determinadas funciones fisiológicas. La ventaja de tales dispositivos es que el transductor-sensor se puede montar no en el órgano en estudio, sino en la superficie del cuerpo. Las ondas emitidas por el dispositivo penetran en el cuerpo y, tras ser reflejadas por el órgano examinado, son registradas por el sensor. Este principio se utiliza, por ejemplo, para construir medidores de flujo ultrasónicos que determinan la velocidad del flujo sanguíneo en los vasos; Las reografías y reopletismografías registran cambios en la resistencia eléctrica de los tejidos, que depende del suministro de sangre a varios órganos y partes del cuerpo. La ventaja de estos métodos es la posibilidad de estudiar el cuerpo en cualquier momento sin operaciones preliminares. Además, esta investigación no daña a los humanos. La mayoría de los métodos modernos de investigación fisiológica en la clínica se basan en estos principios. En Rusia, el iniciador del uso de la tecnología radioelectrónica para la investigación fisiológica fue el académico V.V. Parin.
Método experimental agudo. El progreso de la ciencia está determinado no sólo por el desarrollo de la ciencia experimental y los métodos de investigación. Depende en gran medida de la evolución del pensamiento de los fisiólogos, del desarrollo de enfoques metodológicos y metodológicos para el estudio de los fenómenos fisiológicos. Desde principios hasta los años 80 del siglo pasado, la fisiología siguió siendo una ciencia analítica. Dividió el cuerpo en órganos y sistemas separados y estudió su actividad de forma aislada. La principal técnica metodológica de la fisiología analítica fueron los experimentos con órganos aislados. Además, para poder acceder a cualquier órgano o sistema interno, el fisiólogo tenía que realizar una vivisección (sección viva). Estos experimentos también se denominan experimentos agudos.
Se ató al animal de experimentación a una máquina y se le realizó una operación compleja y dolorosa. Fue un trabajo duro, pero la ciencia no conocía otra forma de penetrar profundamente en el cuerpo. No es sólo el lado moral del problema. Las torturas crueles y los sufrimientos insoportables a los que fue sometido el animal alteraron gravemente el curso normal de los fenómenos fisiológicos y no permitieron comprender la esencia de los procesos que ocurren normalmente en el cuerpo en condiciones naturales. El uso de anestesia y otros métodos para aliviar el dolor no ayudó significativamente. La fijación del animal, la exposición a sustancias narcóticas, la cirugía, la pérdida de sangre: todo esto cambió por completo e interrumpió el funcionamiento normal del cuerpo. Se ha formado un círculo vicioso. Para estudiar un proceso o función particular de un órgano o sistema, era necesario penetrar profundamente en el cuerpo, y el solo intento de tal penetración interrumpió el curso normal de los procesos fisiológicos, para cuyo estudio se llevó a cabo el experimento. Además, el estudio de órganos aislados no proporcionó una idea de su verdadera función en las condiciones de un organismo completo y sin daños.
Método de experimento crónico. El mayor mérito de la ciencia rusa en la historia de la fisiología fue que uno de sus representantes más talentosos y brillantes, I.P. Pavlov, logró encontrar una salida a este callejón sin salida. I. P. Pavlov era dolorosamente consciente de las deficiencias de la fisiología analítica y la experimentación aguda. Encontró una manera de mirar profundamente el cuerpo sin violar su integridad. Se trataba de un método de experimentación crónica llevado a cabo sobre la base de la “cirugía fisiológica”.
En un animal anestesiado y en condiciones estériles, primero se realizaba una operación compleja para permitir el acceso a uno u otro órgano interno, se hacía una "ventana" en el órgano hueco, se implantaba un tubo de fístula o se sacaba el conducto de la glándula y se suturaba la piel. El experimento en sí comenzó muchos días después, cuando la herida sanó, el animal se recuperó y, en cuanto a la naturaleza de los procesos fisiológicos, prácticamente no se diferenciaba de uno normal y sano. Gracias a la fístula aplicada, fue posible estudiar durante mucho tiempo el curso de ciertos procesos fisiológicos en condiciones de comportamiento naturales.
La fisiología es una ciencia que estudia los mecanismos de funcionamiento del cuerpo en su relación con el medio ambiente (esta es la ciencia de la actividad vital del organismo), la fisiología es una ciencia experimental y los principales métodos de la ciencia fisiológica son métodos experimentales. Sin embargo, la fisiología como ciencia se originó dentro de la ciencia médica incluso antes de nuestra era en la Antigua Grecia en la escuela de Hipócrates, cuando el principal método de investigación era el método de observación. La fisiología surgió como una ciencia independiente en el siglo XV gracias a las investigaciones de Harvey y otros científicos naturales y, desde finales del siglo XV y principios del XVI, el método principal en el campo de la fisiología fue el método experimental. EN. Sechenov e I.P. Pavlov hizo una contribución significativa al desarrollo de la metodología en el campo de la fisiología, en particular al desarrollo de un experimento crónico.
Literatura:
1. Fisiología humana. Kositsky
2. Korbkov. Fisiología normal.
3. Zimkin. Fisiología humana.
4. Fisiología humana, ed. Pokrovsky V.N., 1998
5. Fisiología del INB. Kogan.
6. Fisiología del hombre y de los animales. Kogan. 2 cucharadas
7. Ed. Tkachenko P.I. Fisiología humana. 3 toneladas.
8. Ed. Nozdrocheva. Fisiología. Curso general. 2 cucharadas
9. Ed. Kuraeva. 3 volúmenes ¿Libro de texto traducido? Fisiología humana.
Método de observación- el más antiguo, se originó en el Dr. Grecia, estaba bien desarrollada en Egipto, según el dr. Oriente, en el Tíbet, en China. La esencia de este método es la observación a largo plazo de los cambios en las funciones y condiciones del cuerpo, registrando estas observaciones y, si es posible, comparando las observaciones visuales con los cambios en el cuerpo después de la autopsia. En Egipto, durante la momificación, se abrían los cadáveres, las observaciones del sacerdote sobre el paciente: cambios en la piel, profundidad y frecuencia de la respiración, naturaleza e intensidad de la secreción de la nariz, cavidad bucal, así como el volumen y color de la orina. , se registraron en papiro su transparencia, la cantidad y naturaleza de las heces excretadas, su color, frecuencia del pulso y otros indicadores, que se compararon con los cambios en los órganos internos. Así, ya cambiando las heces, orina, esputo, etc. secretadas por el organismo. fue posible juzgar la disfunción de un órgano en particular, por ejemplo, si las heces son blancas, se puede suponer una disfunción del hígado; si las heces son negras u oscuras, entonces se puede suponer hemorragia gástrica o intestinal . Criterios adicionales incluyeron cambios en el color y turgencia de la piel, hinchazón de la piel, su carácter, color de la esclerótica, sudoración, temblores, etc.
Hipócrates incluyó la naturaleza del comportamiento entre los signos observables. Gracias a sus cuidadosas observaciones, formuló la doctrina del temperamento, según la cual toda la humanidad se divide en 4 tipos según las características de comportamiento: colérico, sanguíneo, flemático, melancólico, pero Hipócrates cometió un error en la base fisiológica de los tipos. Basaron cada tipo en la proporción de los principales fluidos corporales: sangvi - sangre, flema - líquido tisular, cólea - bilis, melancólea - bilis negra. Pavlov dio la base científica teórica de los temperamentos como resultado de largos estudios experimentales y resultó que la base del temperamento no es la proporción de fluidos, sino la proporción de los procesos nerviosos de excitación e inhibición, el grado de su la gravedad y el predominio de un proceso sobre otro, así como la tasa de sustitución de un proceso por otros.
El método de observación se utiliza ampliamente en fisiología (especialmente en psicofisiología) y actualmente el método de observación se combina con el método de experimento crónico.
Método experimental. Un experimento fisiológico, a diferencia de una simple observación, es una intervención específica en el funcionamiento actual del cuerpo, diseñada para aclarar la naturaleza y las propiedades de sus funciones, sus relaciones con otras funciones y con factores ambientales. Además, la intervención a menudo requiere una preparación quirúrgica del animal, que puede tener: 1) formas agudas (vivisección, de la palabra vivo - vivo, sekcia - sec, es decir, corte de los vivos), 2) formas crónicas (experimental-quirúrgicas).
En este sentido, el experimento se divide en 2 tipos: agudo (vivisección) y crónico. Un experimento fisiológico permite responder a las preguntas: qué sucede en el cuerpo y cómo sucede.
La vivisección es una forma de experimentación realizada sobre un animal inmovilizado. La vivisección se utilizó por primera vez en la Edad Media, pero comenzó a introducirse ampliamente en la ciencia fisiológica durante el Renacimiento (siglos XV-XVII). Se desconocía la anestesia en ese momento y el animal fue fijado rígidamente por 4 extremidades, mientras sufría torturas y lanzaba gritos desgarradores. Los experimentos se llevaron a cabo en salas especiales, que la gente calificó de "diabólicas". Esta fue la razón del surgimiento de grupos y movimientos filosóficos. Animalismo (tendencias que promueven el trato humano a los animales y abogan por el fin de la crueldad hacia los animales; actualmente se promueve el animalismo), vitalismo (abogaba por que no se llevaran a cabo experimentos en animales no anestesiados y voluntarios), mecanicismo (procesos identificados que ocurren correctamente en animales con procesos en la naturaleza inanimada, un destacado representante del mecanicismo fue el físico, mecánico y fisiólogo francés René Descartes), antropocentrismo.
A partir del siglo XIX, la anestesia comenzó a utilizarse en experimentos agudos. Esto condujo a una interrupción de los procesos regulatorios por parte de los procesos superiores del sistema nervioso central, como resultado de lo cual se altera la integridad de la respuesta del cuerpo y su conexión con el entorno externo. Este uso de anestesia y persecución quirúrgica durante la vivisección introduce en un experimento agudo parámetros incontrolados que son difíciles de tener en cuenta y predecir. Un experimento agudo, como cualquier método experimental, tiene sus ventajas: 1) la vivisección es uno de los métodos analíticos, permite simular diferentes situaciones, 2) la vivisección permite obtener resultados en un tiempo relativamente corto; y desventajas: 1) en un experimento agudo, la conciencia se apaga cuando se usa anestesia y, en consecuencia, se altera la integridad de la respuesta del cuerpo, 2) la conexión del cuerpo con el medio ambiente se altera cuando se usa anestesia, 3) en el En ausencia de anestesia, se liberan hormonas del estrés y hormonas endógenas (producidas) que son inadecuadas para el estado fisiológico normal dentro del cuerpo), sustancias similares a la morfina, endorfinas, que tienen un efecto analgésico.
Todo esto contribuyó al desarrollo de un experimento crónico: observación a largo plazo después de una intervención aguda y restauración de las relaciones con el medio ambiente. Ventajas de un experimento crónico: el cuerpo está lo más cerca posible de las condiciones de existencia intensiva. Algunos fisiólogos consideran que la desventaja de un experimento crónico es que los resultados se obtienen durante un período de tiempo relativamente largo.
El experimento crónico fue desarrollado por primera vez por el fisiólogo ruso I.P. Pavlov y, desde finales del siglo XVIII, se ha utilizado ampliamente en investigaciones fisiológicas. En un experimento crónico, se utilizan una serie de técnicas y enfoques metodológicos.
El método desarrollado por Pavlov es un método para aplicar fístulas a órganos huecos y órganos que tienen conductos excretores. El fundador del método de la fístula fue Basov, sin embargo, al aplicar una fístula con su método, el contenido del estómago ingresaba al tubo de ensayo junto con los jugos digestivos, lo que dificultaba el estudio de la composición del jugo gástrico, las etapas de la digestión. la velocidad del proceso de digestión y la calidad del jugo gástrico separado para diferentes composiciones de alimentos.
Las fístulas se pueden colocar en el estómago, conductos de las glándulas salivales, intestinos, esófago, etc. La diferencia entre la fístula de Pavlov y la de Basov es que Pavlov colocó la fístula en un “pequeño ventrículo”, hecho quirúrgicamente artificialmente y preservando la regulación digestiva y humoral. Esto permitió a Pavlov identificar no solo la composición cualitativa y cuantitativa del jugo gástrico de los alimentos ingeridos, sino también los mecanismos de regulación nerviosa y humoral de la digestión en el estómago. Además, esto permitió a Pavlov identificar 3 etapas de la digestión:
1) reflejo condicionado: con él se libera jugo gástrico apetitoso o "incendiario";
2) fase refleja incondicionada: el jugo gástrico se libera sobre el alimento entrante, independientemente de su composición cualitativa, porque en el estómago no solo hay quimiorreceptores, sino también no quimiorreceptores que responden al volumen de comida,
3) fase intestinal: después de que los alimentos ingresan a los intestinos, la digestión se intensifica.
Por su trabajo en el campo de la digestión, Pavlov recibió el Premio Nobel.
Anastenosis neurovasculares o neuromusculares heterogéneas. Se trata de un cambio en el órgano efector en la regulación nerviosa de las funciones determinada genéticamente. La realización de tales anastenosis permite identificar la ausencia o presencia de plasticidad de neuronas o centros nerviosos en la regulación de funciones, es decir. ¿Puede el nervio ciático con el resto de la columna controlar los músculos respiratorios?
En las anastenosis neurovasculares, los órganos efectores son los vasos sanguíneos y los quimio y barorreceptores ubicados en ellos, respectivamente. Las anastenosis se pueden realizar no solo en un animal, sino también en diferentes animales. Por ejemplo, si realiza una anastenosis neurovascular en dos perros en la zona carotídea (ramificación del arco de la arteria carótida), entonces podrá identificar el papel de diferentes partes del sistema nervioso central en la regulación de la respiración, la hematopoyesis y el sistema vascular. tono. En este caso, el modo de inhalación del aire se cambia en el perro de abajo y la regulación se ve en el otro.
Trasplante de diversos órganos. Reimplantación y extirpación de órganos o diversas partes del cerebro (extirpación). Como resultado de la extirpación de un órgano se crea una hipofunción de una u otra glándula, como resultado de la reimplantación se crea una situación de hiperfunción o exceso de hormonas de una u otra glándula.
La extirpación de varias partes del cerebro y la corteza revela las funciones de estas partes. Por ejemplo, cuando se extirpó el cerebelo, se reveló su papel en la regulación del movimiento, el mantenimiento de la postura y los reflejos estatocinéticos.
La eliminación de diferentes áreas de la corteza cerebral permitió a Brodman mapear el cerebro. Dividió la corteza en 52 campos según áreas funcionales.
Método de transección de la médula espinal del cerebro. Nos permite identificar la importancia funcional de cada departamento del sistema nervioso central en la regulación de las funciones somáticas y viscerales del cuerpo, así como en la regulación del comportamiento.
Implantación de electrones en varias partes del cerebro. Le permite identificar la actividad y el significado funcional de una estructura nerviosa particular en la regulación de las funciones corporales (funciones motoras, funciones viscerales y mentales). Los electrodos implantados en el cerebro están hechos de materiales inertes (es decir, deben ser intoxicantes): platino, plata, paladio. Los electrodos permiten no sólo identificar la función de un área en particular, sino también, por el contrario, registrar en qué parte del cerebro aparece un potencial (VT) en respuesta a determinadas funciones funcionales. La tecnología de microelectrodos brinda a la persona la oportunidad de estudiar los fundamentos fisiológicos de la psique y el comportamiento.
Implantación de cánulas (micro). La perfusión es el paso de soluciones de diversas composiciones químicas a través de nuestro componente o la presencia de metabolitos en el mismo (glucosa, PVA, ácido láctico) o el contenido de sustancias biológicamente activas (hormonas, neurohormonas, endorfinas, encefalinas, etc.). La cánula permite inyectar soluciones con diferentes contenidos en una u otra zona del cerebro y observar cambios en la actividad funcional del sistema motor, los órganos internos o el comportamiento y la actividad psicológica.
La tecnología de microelectrodos y la conulación se utilizan no sólo en animales, sino también en humanos durante la cirugía cerebral. En la mayoría de los casos, esto se hace con fines de diagnóstico.
Introducción de átomos marcados y posterior observación en tomógrafo por emisión de positrones (PET). La mayoría de las veces se administra auroglucosa marcada con oro (oro + glucosa). Según la expresión figurativa de Greene, el donante de energía universal en todos los sistemas vivos es el ATP, y durante la síntesis y resíntesis de ATP, el principal sustrato energético es la glucosa (la resíntesis de ATP también puede ocurrir a partir de fosfato de creatina). Por tanto, la cantidad de glucosa consumida se utiliza para juzgar la actividad funcional de una determinada parte del cerebro, su actividad sintética.
La glucosa es consumida por las células, pero el oro no se utiliza y se acumula en esta zona. La actividad sintética y funcional se juzga por los diferentes oros activos y su cantidad.
Métodos estereotácticos. Se trata de métodos en los que se realizan operaciones quirúrgicas para implantar electrodos en una determinada zona del cerebro de acuerdo con los matlas estereotáxicos del cerebro, seguido del registro de los biopotenciales rápidos y lentos asignados, con el registro de los potenciales evocados, así como registro de EEG y miograma.
Al establecer nuevas metas y objetivos, se puede utilizar el mismo animal durante un largo período de observación, cambiando la disposición de los microelementos o perfundiendo varias áreas del cerebro u órganos con diversas soluciones que contienen no solo sustancias biológicamente activas, sino también metatolitos, energía. sustratos (glucosa, fosfato de creotina, ATP).
Métodos bioquímicos. Se trata de un gran grupo de técnicas con las que se determina el nivel de cationes, aniones, elementos no ionizados (macro y microelementos), sustancias energéticas, enzimas, sustancias biológicamente activas (hormonas, etc.) en los líquidos y tejidos circulantes. y, a veces, órganos. Estos métodos se aplican in vivo (en incubadoras) o en tejidos que continúan secretando y sintetizando sustancias producidas en el medio de incubación.
Los métodos bioquímicos permiten evaluar la actividad funcional de un órgano en particular o parte de él y, a veces, de un sistema de órganos completo. Por ejemplo, el nivel de 11-OCS se puede utilizar para juzgar la actividad funcional de la zona fasciculada de la corteza suprarrenal, pero el nivel de 11-OCS también se puede utilizar para juzgar la actividad funcional del sistema hipotalámico-pituitario-suprarrenal. . En general, dado que el 11-OX es el producto final de la parte periférica de la corteza suprarrenal.
Métodos para estudiar la fisiología del INB. El trabajo mental del cerebro ha permanecido durante mucho tiempo inaccesible a las ciencias naturales en general y a la fisiología en particular. Principalmente porque fue juzgada por sentimientos e impresiones, es decir. utilizando métodos subjetivos. El éxito en esta área del conocimiento se determinó cuando la actividad mental (MAP) comenzó a juzgarse mediante el método objetivo de reflejos condicionados de diversa complejidad de desarrollo. A principios del siglo XX, Pavlov desarrolló y propuso un método para desarrollar reflejos condicionados. Sobre la base de esta técnica, son posibles métodos adicionales para estudiar las propiedades del VNI y la localización de los procesos VNI en el cerebro. De todas las técnicas, las más utilizadas son las siguientes:
Probar la posibilidad de formar diferentes formas de reflejos condicionados (al tono de un sonido, a un color, etc.), lo que nos permite juzgar las condiciones de la percepción primaria. La comparación de estos límites en animales de diferentes especies permite revelar en qué dirección fue la evolución de los sistemas sensoriales del sistema nervioso interno.
Estudio ontogenético de los reflejos condicionados.. Al estudiar el comportamiento complejo de animales de diferentes edades, se puede establecer qué en este comportamiento es innato y qué se adquiere. Por ejemplo, Pavlov tomó cachorros de la misma camada y alimentó a algunos con carne y a otros con leche. Al llegar a la edad adulta, desarrolló en ellos reflejos condicionados, y resultó que en aquellos perros que recibían leche desde la infancia, se desarrollaban reflejos condicionados a la leche, y en aquellos perros que eran alimentados con carne desde la niñez, se desarrollaban fácilmente reflejos condicionados a la carne. . Así, los perros no tienen una preferencia estricta por el tipo de alimento carnívoro, lo principal es que sea completo.
Estudio filogenético de los reflejos condicionados. Comparando las propiedades de la actividad refleja condicionada de animales en diferentes niveles de desarrollo, se puede juzgar en qué dirección va la evolución del INB. Por ejemplo, resultó que la tasa de formación de reflejos condicionados varía marcadamente entre invertebrados y vertebrados, cambia relativamente ligeramente a lo largo de toda la historia del desarrollo de los vertebrados y alcanza abruptamente la capacidad de una persona para asociar inmediatamente eventos coincidentes (impresión), la impronta es también característico de las aves reproductoras (los patitos que nacen de huevos pueden seguir cualquier objeto: una gallina, una persona e incluso un juguete en movimiento. Las transiciones entre animales invertebrados (animales vertebrados, animales vertebrados) humanos reflejaron los puntos de inflexión de la evolución asociados con el surgimiento y el desarrollo de VND (en los insectos el sistema nervioso es de tipo no celular, en los celentéreos - de tipo reticular, en los vertebrados - de tipo tubular, en las aves aparecen ganglios balísticos, algunos provocan un alto desarrollo de la actividad refleja condicionada. En los humanos, el La corteza cerebral está bien desarrollada, lo que provoca carreras.
Estudio ecológico de los reflejos condicionados. El potencial de acción que surge en las células nerviosas implicadas en la formación de conexiones reflejas permite identificar los principales vínculos del reflejo condicionado.
Es especialmente importante que los indicadores bioelectrónicos permitan observar la formación de un reflejo condicionado en las estructuras del cerebro incluso antes de que aparezca en los reflejos motores o autónomos (viscerales) del cuerpo. La estimulación directa de las estructuras nerviosas del cerebro permite realizar experimentos modelo sobre la formación de conexiones nerviosas entre focos de excitación artificiales. También es posible determinar directamente cómo cambia la excitabilidad de las estructuras neuronales involucradas en él durante un reflejo condicionado.
Acción farmacológica en la formación o alteración de reflejos condicionados.. Al introducir ciertas sustancias en el cerebro, es posible determinar qué efecto tienen sobre la velocidad y la fuerza de la formación de reflejos condicionados, sobre la capacidad de rehacer el reflejo condicionado, lo que permite juzgar la movilidad funcional del sistema central. sistema nervioso, así como sobre el estado funcional de las neuronas corticales y su desempeño. Por ejemplo, se ha descubierto que la cafeína garantiza la formación de reflejos condicionados cuando el rendimiento de las células nerviosas es alto, y cuando su rendimiento es bajo, incluso una pequeña dosis de cafeína hace que la excitación de las células nerviosas sea insoportable.
Creación de una patología experimental de la actividad refleja condicionada.. Por ejemplo, la extirpación quirúrgica de los lóbulos temporales de la corteza cerebral provoca sordera mental. El método de extirpación revela la importancia funcional de áreas de la corteza, la subcorteza y el tronco del encéfalo. De la misma forma se determina la localización de los extremos corticales de los analizadores.
Modelado de procesos de actividad refleja condicionada.. Pavlov también involucró a los matemáticos para expresar mediante una fórmula la dependencia cuantitativa de la formación de un reflejo condicionado de la frecuencia de su refuerzo. Resultó que en la mayoría de los animales sanos, incluidos los humanos, el reflejo condicionado se desarrolló en personas sanas después de 5 refuerzos con un estímulo incondicionado. Esto es especialmente importante en la cría de perros de servicio y en el circo.
Comparación de manifestaciones psicológicas y fisiológicas del reflejo condicionado.. Apoyar la atención voluntaria, el vuelo, la eficiencia del aprendizaje.
Comparación de manifestaciones psicológicas y fisiológicas con bioelementos y morfológicas con biocinéticas: producción de proteínas de la memoria (S-100) o áreas de sustancias biológicamente activas en la formación de reflejos condicionados. Se ha comprobado que si se introduce vasopresión, los reflejos condicionados se desarrollan más rápidamente (la vasopresión es una neurohormona producida en el hipotálamo). Cambios morfológicos en la estructura de una neurona: neurona desnuda al nacer y con denuritas en el adulto.
Lección de laboratorio No. 1
Sujeto: Métodos de extirpación y replantación.
Objetivo: Introducción a los métodos de extirpación y reimplantación de glándulas paratiroides. Modelado de hipo e hiperparatiroidismo.
Equipo: animales de laboratorio (5 ratas), electrocoagulador, pinzas, tijeras, bisturí, yodo, agujas para suturar la piel, material de sutura, mesa de operaciones, éter para anestesia, embudo.
Progreso
Trabajo 1. Modelado de la deficiencia de hormona paratiroidea en ratas.
La deficiencia de hormona paratiroidea se crea mediante la extirpación de ambas glándulas paratiroides mediante un aparato electroquirúrgico de alta frecuencia EKh-30. El principio de funcionamiento del dispositivo es el siguiente: debido a la corriente de alta frecuencia, los tejidos se calientan rápidamente y el contenido de las células se evapora. El dispositivo funciona en 2 modos: "corte" y "coagulación". La extirpación de las glándulas se produce en modo de coagulación con un electrodo delgado d aproximadamente igual al tamaño de la glándula paratiroidea. Para coagular las glándulas, es suficiente un contacto durante 1-1,5 s. En modo de corte, las glándulas se pueden extilar. Las ventajas de la coagulación sobre la extilación de la glándula paratiroidea son que se elimina la pérdida de sangre y no se daña el tejido tiroideo. El postoperatorio es de 2 semanas.
Trabajo 2. Modelado del exceso de hormonas paratiroideas en ratas.
Para modelar el hiperparatiroidismo, se utilizó el método de trasplante de PTG. La esencia del método es trasplantar en ratas receptoras bajo la piel del cuello 3 pares de glándulas paratiroides de 3 ratas donantes. Las ratas donantes deben tener aproximadamente el mismo peso que la rata receptora.
Para los donantes bajo anestesia con éter, se realiza una incisión en la piel en el área de la parte anterior del cuello, de 2 a 3 cm de largo, por lo que los músculos se separan sin rodeos, haciendo accesible la glándula paratiroidea. En este estado, la rata donante se coloca debajo de un embudo mientras se continúa la anestesia con éter. Antes de la operación, el animal receptor se fijó boca arriba en la mesa quirúrgica, al igual que en las ratas donantes, se realizó una incisión en la piel de 2-3 cm de largo en la zona de la densidad anterior del cuello. ¿Entonces? Con un bisturí se realizaron 6 incisiones poco profundas en el tejido subcutáneo, que sirvió como una especie de células para el trasplante de glándula paratiroidea. Luego se cortó rápidamente la glándula paratiroidea de 3 ratas donantes y se colocó en incisiones preparadas en la rata receptora. La incisión en la piel del receptor se suturó con seda quirúrgica y se trató con yodo. En los días siguientes se procedió a la inspección de la herida quirúrgica. La curación completa de la herida se observó después de 7-8 días. Las glándulas paratiroides trasplantadas se arraigan bien. Este modelo de pérdida de paratha. Las hormonas le permiten garantizar un aumento continuo en la sangre debido al paratha natural. hormona.
Asignación para trabajo independiente.
Observe el estado de los animales operados hasta que la herida esté completamente curada y sean llevados nuevamente al experimento.
Después de 2 semanas, se determina el nivel de calcio total en los animales operados, que indica indirectamente la actividad funcional de la glándula paratiroidea y las células C de la glándula tiroides, así como el nivel de 11-OCS, que cambia tanto en respuesta a efectos quirúrgicos estresantes y en respuesta a la disfunción de la glándula paratiroidea (más precisamente a la alteración de la homeostasis del calcio).
Lección de laboratorio No. 2
Trabajo 1. Ooforectomía bilateral.
Para estudiar los electrógenos en la actividad adaptativa del cuerpo, se sometió a ratas hembra a una ovariectomía bilateral. La operación se realiza de acuerdo con las recomendaciones establecidas en el manual Bunok de 1968.
Los animales fueron anestesiados con éter y fijados en la mesa de operaciones en posición supina. Se cortó el pelaje del abdomen desde el esternón hasta la zona púbica y se trató la piel con alcohol. Con un bisturí, con cuidado para no dañar los intestinos, se realizó una incisión longitudinal de 4-5 cm de largo a lo largo de la línea lesionada del abdomen. Habiendo encontrado el cuerno derecho o izquierdo del útero, explorando más a lo largo del oviducto, encontramos el ovario. Colocamos una ligadura en la parte superior del oviducto y el ligamento que sostiene el ovario, luego de lo cual lo cortamos con unas tijeras. El segundo ovario fue extirpado de la misma forma. Después de esto, se suturaron los músculos y el extremo y la sutura se trató con tintura de yodo al 5%.
Después de la operación, los animales se colocaron en una jaula limpia y la herida se trató diariamente con desinfectantes durante los primeros 4-5 días. La herida sanó en 8-10 días.
Trabajo 1. Adrenalectomía unilateral.
Modelar la deficiencia de glucocorticoides endógenos en animales sometidos a AE (adrenalectomía).
La extirpación quirúrgica de una glándula suprarrenal se realizó según el método presentado en el manual de Kabak Y.M. La operación se realizó bajo anestesia con éter. La rata se fijó en la mesa de operaciones en posición boca abajo. Se cortó el pelo a la izquierda de la columna y el campo quirúrgico se trató con yodo. La incisión de piel y músculo se realizó a una distancia de 1 cm a la izquierda de la columna, 1,5 cm hacia abajo desde el arco costal. A continuación, se amplió la pequeña incisión del músculo con ganchos. La glándula suprarrenal, junto con el tejido adiposo circundante y el cordón de tejido conectivo, se agarraron con unas pinzas anatómicas y se extrajeron. La herida quirúrgica se suturó en capas.
En el postoperatorio, cada herida fue tratada diariamente con agentes antisépticos. La curación se produjo después de 5-7 días.
Conclusión: La ovariectomía y la adrenalectomía condujeron simultáneamente a una fuerte disminución de las capacidades de adaptación del animal debido al desequilibrio hormonal (la hipofunción de las glándulas suprarrenales provocó hipocarticismo e hipoestragenia) y su muerte al noveno día después de la operación.
Lección de laboratorio No. 3
Sujeto: Métodos de administración de productos farmacéuticos a animales de laboratorio. Métodos de prueba.
Objetivo: Familiarícese con las técnicas y métodos metodológicos de administración de productos farmacéuticos y diversos tipos de cargas orales y parenterales a animales de laboratorio.
Equipo: jeringas para administración oral, intramuscular y perenteral, sustancias medicinales o carga de agua, 2 embudos con tapón, 2 tubos para recolectar orina (pacífico), 2 pañales, solución de petuitrina (contiene la hormona antidiurética - vadopresina), solución salina, agua destilada.
Progreso
Trabajo 1. La influencia del agua y la carga hipersomática en la diuresis. El efecto de la hormona antidiurética sobre la diuresis.
Pesar las ratas y registrar el peso corporal. Luego dé a las ratas una carga de agua mediante administración oral. Para hacer esto, cuelgue a la rata "con cuidado" en un trípode, envuélvala y extraiga agua tibia (37 o C) en una jeringa conectada a una sonda a razón del 5% del peso corporal. Sosteniendo a la rata verticalmente, inserte la sonda en la boca y empújela con cuidado hacia el estómago hasta que se detenga, después de lo cual el agua se exprime gradualmente de la jeringa. Luego, a una rata se le inyecta petuitrina a razón de 20 ml por 100 g de peso corporal. Después de esto, se colocan ambas ratas en embudos y se recoge orina durante 1 hora. Petuitrin se administra por vía intramuscular. Para ello, se agarra la cabeza de la rata por el cuero cabelludo y se sujeta con una mano al mismo tiempo, tanto el martillo como la cola de la rata, procurando que la rata toque la superficie de la mesa con las 4 patas y que sus dimensiones correspondan a las Dimensiones fisiológicas. Con la segunda mano, se realiza una inyección en el muslo (músculos), mientras que la pata trasera se mantiene junta con la cola.
Conclusión: Sin petuitrina: 1,2 ml, con petuitrina 0,7 ml, es decir. Petuitrin promueve la retención de agua en el cuerpo.
Método de administración parenteral. Se utiliza cuando las sustancias administradas deben ingresar al torrente sanguíneo general lo más rápido posible y en el caso de que el volumen de fármacos administrados exceda las dosis permitidas para la administración intramuscular. Con la vía de administración parenteral, el volumen puede alcanzar los 5 cm3. Es preferible administrar soluciones oleosas de sustancias medicinales por vía parenteral.
Con la vía de administración parenteral, el animal se mantiene boca abajo; no se debe permitir que el animal se mueva bruscamente en una posición doblada. Para ello, se fija al animal por la cabeza con unas pinzas y por la cola con las manos. Con unas pinzas anatómicas o unas pequeñas pinzas de Kocher, se retira la pared de la cavidad abdominal, mientras se bajan los órganos abdominales, luego se pincha la pared abdominal, fijando 2 pinchazos: 1 a través de la piel, 2 a través de la pared muscular del peritoneo. Después de eso, el medicamento se inyecta en la cavidad abdominal. La evidencia de la correcta administración del fármaco en la cavidad abdominal es la ausencia de complicaciones en la zona abdominal y el estado activo del animal tras la inyección, siempre que se administren sustancias no narcóticas. Con una punción, la inyección será subcutánea.
Lección de laboratorio No. 4
Sujeto: Métodos de pruebas biológicas.
Objetivo: Familiarizarse con los métodos de pruebas biológicas de la actividad funcional del sistema hipotalámico-pituitario-suprarrenal.
Equipo: hipófisis de la rata receptora, hipotálamo de la rata receptora, rata donante, reactivos necesarios para la preparación del extracto de hipófisis e hipotálamo, pinzas, pinzas de Kocher, jeringa para administración intravenosa, tijeras, heparina, tubos de extracción de sangre, trípode , balanza de torsión, baño maría, termómetro, éter para anestesia.
Progreso
Trabajo 1. Determinación del contenido de corticotropina en la glándula pituitaria.
La promesa del método radica en determinar el aumento del volumen de 11-OX en el plasma sanguíneo de las ratas receptoras. Después de inyectarles los extractos de glándula pituitaria probados. Para determinar el contenido de corticotropina, primero se construye una curva oscilatoria.
Técnica de determinación: la hipófisis se pesó en una balanza de torsión y se colocó en una caja con acetona anhidra durante 10 días. Luego se pesó la glándula pituitaria y se molió minuciosamente en 100 ml de ácido acético glacial. La barra se enjuagó con la misma cantidad de ácido acético. Después de esto, la copa se colocó en un baño de agua y se evaporó a 70°C durante 30 minutos. El extracto resultante se diluyó en 2 ml de doble destilado y se neutralizó con NaHCO3 1 molar, luego se diluyó hasta la masa requerida con una solución de Krebs-Ringer que contenía bicarbonato y glucosa. Al diluir los extractos de hipófisis, se tuvo en cuenta que a una rata receptora se le debían inyectar 100 μg de polvo acetonado.
Las pruebas biológicas para determinar el contenido de corticotropina en la glándula pituitaria se realizan preferentemente en ratas macho. El día anterior al experimento, a las ratas se les inyectó por vía subcutánea prednizaona a razón de 6 mg por 100 g de peso corporal. La dosis indicada de corticosteroide, según el principio de retroalimentación, bloquea el sistema pituitario-suprarrenal de las ratas receptoras, deteniendo la secreción endógena de corticotropina. Un día después, se determina el nivel de 11-OX en el plasma sanguíneo en ratas. La cantidad requerida de extracto de pituitaria se administró por vía intravenosa y 1 hora después se volvió a determinar el nivel de 11-OX después de la administración de los extractos de pituitaria de prueba a las ratas receptoras. Utilizando la curva del “logaritmo del efecto dole”, se determinó el contenido de corticotropina en la glándula pituitaria de una rata experimental en miel/100 mg de tejido.
Lección de laboratorio No. 5
Sujeto: Métodos bioquímicos en fisiología.
Lección 1. Determinación de 11-OX en plasma sanguíneo.
Objetivo: determinar el cambio en el volumen de 11-OX en el plasma sanguíneo después de la exposición a una intervención quirúrgica en un experimento fisiológico.
Metodología: 1. Tome 1-1,5 ml de sangre del animal (de la vena de la cola o de la vena femoral);
2. Centrifugar la sangre durante 10 minutos a 2000 rpm;
3. Separar el plasma de los elementos formados y transferirlo a un tubo de ensayo con tapón esmerilado. Debe quedar 1 ml de plasma o aumentar a esta cantidad con bidistilado.
4. Añadir 6 ml de hexano al tubo de ensayo y agitar durante 20 s. Esto elimina el colesterol del plasma. Retire el hexano gastado utilizando una bomba de chorro de agua.
5. Agregue 10 ml de cloroformo y agite durante 1 minuto. En este caso, los corticosteroides se disuelven en cloroformo. Retire la fracción de plasma restante con una bomba.
6. Lavar el extracto con solución de NaOH 0,1 M, añadiendo 1 ml cada uno. Agitar durante 1 minuto y retirar con bomba de chorro de agua.
8. Luego tomar 8 ml del extracto y transferirlos a un tubo de ensayo limpio y seco con tapón esmerilado.
9. Añadir al extracto 6 ml de una mezcla de alcohol absoluto (etílico) con H 2 SO 4, que pueda resistir la prueba de Sawamo. La proporción de alcohol y ácido es 1:3 (3 alcoholes y 1 ácido). Agitar durante 1 minuto y dejar en un lugar frío en un lugar cálido durante una hora. En este caso, los corticosteroides se disuelven en una mezcla de ácido y alcohol. Después de esto, se determina el volumen de 11-OX utilizando un espectrofotómetro “Kvant”.
Equipo: doble juego de tubos de ensayo con tapón esmerilado, gradillas, tubos de centrífuga, bomba de chorro de agua, 3 pipetas de 1 ml, 2 pipetas de 10 ml, 1 pipeta de 6 ml.
reactivos: bidestilado, hexano, solución de NaOH al 0,1, cloroformo, alcohol etílico al 100%, H 2 SO 4 según Sawamo (100%).
Métodos para estudiar el estado emocional en ratas.
1. Prueba de campo abierto
Periodo latente de salida de la plaza central, número de líneas cruzadas, gradas verticales, huecos examinados, lavado, defecación. La duración del período latente de salida de la plaza central y el número de líneas cruzadas se utilizaron para juzgar la actividad motora, el número de postes verticales y agujeros examinados se utilizó para indicar la actividad de investigación, el número de lavados indicó el estado emocional y el El número de deposiciones se utilizó para juzgar la ansiedad.
2. Método multiparamétrico para determinar el estado de ansiedad-fóbica de ratas.
Objetivo: evaluar las características complejas del nivel individual de ansiedad-fóbica del animal.
Metodología: El estudio se realiza en campo abierto bajo iluminación eléctrica de 3000 lux en un tiempo fijo.
Prueba 1. Período latente de descenso desde altura. Esta prueba se utiliza para evaluar el comportamiento defensivo intenso en ratas. Las ratas se colocan en un estuche de material opaco de 20x14x14 cm y se anota el tiempo de descenso desde el estuche cuando la rata toca el campo con las 4 patas.
Prueba 2. Período latente de paso por el agujero. La rata se coloca en un estuche transparente, dividido transversalmente en 2 compartimentos con un agujero de 7x10 cm en la partición. La acción se considera completada cuando la rata sube al compartimento 2 con ambas patas. Si hay dudas al realizar una acción, mirar dentro de un hoyo o una transferencia iniciada pero no completada de la puntuación en 0,5 puntos.
Prueba 3. Hora de salir de casa. Se coloca al animal en una casita de plexiglás transparente de 16x15x12 cm y se cierra la salida con una trampilla durante 15 minutos. El conteo del tiempo comienza desde el momento en que se abre la salida. En las pruebas 1 a 3, la rata regresó del entorno experimental no antes de 20 minutos después de realizar la acción correspondiente o después de que expirara el tiempo de prueba (180 s) en caso de que la acción no se realizara. Los intervalos entre pruebas son de al menos 15 minutos.
Prueba 4. Salida por el centro del campo abierto. Esta prueba le permite identificar reacciones de miedo asociadas con una disminución de la actividad motora. Las pruebas comenzaron colocando a la rata en el centro del campo, y a partir de ese momento se registró el tiempo durante el cual el animal visitó los 4 cuadrados centrales.
Para las pruebas 1 a 4, las calificaciones se otorgaron de acuerdo con la escala:
Prueba 5. Agitación. Evaluación del funcionamiento de la reacción de agitación de forma espontánea y durante un cambio brusco de iluminación en un entorno de campo abierto. 180 s después de colocar al animal en el campo de iluminación, la iluminación cambió bruscamente: se apagó la luz brillante y se encendió una lámpara simple durante 60 s, luego se restableció la iluminación. Durante 300 s de observación, se determinó la distancia medida en cuadrados a la que retrocedió el animal. Sin cambios 0 puntos, medio cuadrado - 1 punto, hasta 2 cuadrados - 2 puntos, más de 2 cuadrados - 3 puntos.
Prueba 6. Levantamiento-2. El intento del experimentador de levantar al animal. Evaluado también.
Prueba 7. Respuesta de vocalización.
Prueba 8. Reacción de ocultamiento. El animal se congela en una posición tensa con las patas estiradas o presionando contra el suelo, a veces con las orejas aplanadas y los ojos cerrados.
Prueba 9. Presión de oreja.
Las pruebas 6 a 9 se llevan a cabo acercándose gradualmente a la mano del experimentador desde el costado del hocico para que la rata vea la mano. Acercar la mano al animal se realiza 2-3 veces seguidas. Calificación:
0b. - sin reacción
1b. – reacción al acariciar
2b. – reacción cuando se acerca una mano
3b. – la reacción persiste después de retirar la mano
Si hubo reacciones espontáneas en las pruebas 7 a 9, se agregaron 3 puntos adicionales por cada una. A continuación, calculamos la puntuación total de todas las pruebas, que se utilizó para juzgar el nivel general de ansiedad (índice de ansiedad integrado IPT).
Conclusión sobre la glucosa: después de construir una curva de calibración (que está determinada por 10 tamaños estándar), se encontró que el animal de experimentación contenía 42 mmom (l de glucosa) en la sangre.
El estudio de los mecanismos fisiológicos del comportamiento animal es el área del conocimiento que se desarrolla más intensamente, que en nuestro país se denomina tradicionalmente fisiología de la actividad nerviosa superior. El interés por esta ciencia ha aumentado significativamente en las últimas décadas, principalmente debido a las necesidades de modelado técnico de los sistemas y procesos cerebrales unidos bajo el concepto de inteligencia artificial. Naturalmente, la ciencia de los mecanismos cerebrales del comportamiento y la propia psique se ha enriquecido con ideas cibernéticas y se han formado nuevas áreas de investigación: biónica, neurocibernética, etc.
ESTUDIO DE LAS BASES FISIOLÓGICAS DEL COMPORTAMIENTO
La evolución de las especies es el resultado de una mejor adaptación a las condiciones ambientales cambiantes. Los organismos superiores sólo pueden existir en un rango relativamente estrecho de factores físicos (temperatura, radiación, gravedad) y químicos (suministro de metabolitos, electrolitos y agua, composición atmosférica), que están determinados por propiedades morfológicas y metabólicas genéticamente determinadas. Las formas estáticas de adaptación se complementan con adaptaciones dinámicas del organismo al medio ambiente en constante cambio. Este comportamiento, en el sentido más amplio de la palabra, se basa en la regulación de la actividad metabólica en general y en el control de sistemas ejecutivos específicos en particular. Los músculos y las glándulas son los órganos ejecutivos más importantes que proporcionan casi todas las formas de comportamiento en los organismos superiores. El cuerpo está equipado con una variedad de receptores capaces de percibir las propiedades del medio ambiente y transformarlas en información significativa. El comportamiento está determinado por el entorno y está mediado por mecanismos centrales que evalúan la información entrante y forman las reacciones más apropiadas.
El objetivo principal del comportamiento es asegurar la supervivencia de un individuo o especie. Los actos conductuales pueden dividirse arbitrariamente en reacciones apetitivas, destinado a lograr las condiciones externas necesarias (por ejemplo, almacenar o comer alimentos, aparearse), y a reacciones de signo opuesto, incluido escapar o evitación de factores nocivos(por ejemplo, temperatura, radiación, daños mecánicos), los factores ambientales a menudo forman continuidad, un cierto rango que el animal prefiere, mientras que otro rango lo evita. El animal se mueve a través de un gradiente multidimensional de factores ambientales para optimizar la suma total de influencias percibidas (por ejemplo, cuando el acceso al alimento sólo puede obtenerse bajo rangos de temperatura desfavorables o bajo influencias mecánicas óptimas o incluso dañinas).
Semejante El patrón de relaciones entre los organismos y el medio ambiente sugiere la existencia. estados centrales hipotéticos(Por ejemplo, impulsos, motivación), que desencadenan y apoyan formas específicas de comportamiento. Se supone que el cuerpo tiene un modelo de estados internos (y externos) óptimos y que cualquier comportamiento se evalúa constantemente dependiendo de la disminución o aumento de la discrepancia entre este modelo y el estado real. Las condiciones ambientales importantes a las que se esfuerza el organismo son incentivos atractivos y los que se evitan) son estímulos aversivos. Modificación y control de conducta (condicionamiento operante) al presentar estímulos atractivos o eliminar estímulos aversivos se denominan, respectivamente, positivo o reforzamiento negativo. La combinación de una determinada conducta con estímulos aversivos se denomina castigo y conduce a la supresión de este comportamiento.
Además de responder a la pregunta de por qué actúa un animal, es igualmente importante comprender cómo actúa. La teoría de los reflejos propuesta por Descartes en el siglo XVII influyó en el pensamiento de fisiólogos y psicólogos y sigue siendo un importante punto de partida para la neurofisiología moderna. El repertorio conductual básico está integrado en ciertas redes neuronales que conectan una determinada respuesta (respuesta incondicionada - UR) con un determinado estímulo (estímulo incondicionado - BS). Estos congénito(no adquirido durante el entrenamiento) reacciones se complementan reacciones adquiridas (condicionadas) a estímulos inicialmente neutros, que, con combinaciones repetidas con la BR, se convierten en estímulos condicionados (CS), es decir, señales de aproximación espacial y/o temporal de la BR (Pavlov, 1927).
Si el comportamiento innato refleja reacciones codificadas genéticamente adquiridas a lo largo de generaciones mediante el proceso de selección natural, entonces el comportamiento adquirido individualmente está asociado con experiencias registradas en la memoria del cuerpo. La secuencia de acontecimientos externos y/o internos en los que participa un animal puede provocar cambios más o menos duraderos en su sistema nervioso que subyacen a la respuesta a estímulos previamente ineficaces. El proceso correspondiente, llamado capacitación, conduce a la acumulación de experiencia en forma de rastros de memoria (engramas), cuya extracción afecta el comportamiento del animal. Las habilidades que ya no corresponden a nuevas condiciones se extinguen y las que no se han utilizado durante mucho tiempo pueden olvidarse.
La interacción entre el organismo y el medio ambiente puede ser diferente, lo que corresponde a determinadas formas de comportamiento. Si comportamiento de respuesta Consiste en reacciones provocadas por estímulos discretos, por ejemplo dolor, comida, luego la conducta operante puede ser estimulada por necesidades internas y consiste en la manifestación espontánea de diversas reacciones que en última instancia conllevan un cambio deseado en el entorno (por ejemplo, obtener acceso a los alimentos). .
tales formas comportamiento adquirido Destacamos las diferencias entre el condicionamiento clásico y el instrumental: en el primer caso, el EI, por regla general, provoca la misma reacción que el BS (salivación provocada por el EI acústico ante la presentación de la comida). La presencia o ausencia de una respuesta condicionada desarrollada según el tipo clásico no afecta la probabilidad de utilizar BS. Las reacciones instrumentales suelen diferir significativamente de las reacciones incondicionadas correspondientes; con la ayuda de reacciones instrumentales se abre el acceso a estímulos atractivos o, por el contrario, el animal evita los estímulos aversivos (por ejemplo, presionar una palanca, reforzada con comida, evitar estímulos dolorosos saltando ). Normalmente, el condicionamiento instrumental afecta las respuestas motoras de los músculos esqueléticos, mientras que el condicionamiento clásico se limita a las funciones autónomas realizadas por los músculos y glándulas viscerales. Sin embargo, existen muchas excepciones a esta regla.
En la psicología tradicional de estímulo-respuesta (p. ej., propuesta por Skinner (1938)), el análisis conductual consiste en establecer un sistema de reglas que relacionan las condiciones de entrada (estímulos) con las condiciones de salida (respuesta). Por tanto, no se tienen en cuenta los procesos hipotéticos en los centros nerviosos ni los mecanismos hipotéticos del cerebro conceptual. Aunque el enfoque de la caja negra ha hecho contribuciones significativas a nuestra comprensión del papel del ambiente en el control de la conducta, ha agregado poco conocimiento sobre la estructura interna y la función de esta caja negra, el cerebro, como acerca de un convertidor u órgano mediador entre entradas y salidas. y salida. Esta última es el área de investigación de especialistas: fisiólogos y psicólogos, y el ámbito de diversas disciplinas especiales (neurofisiología, farmacología, neuroquímica), que se incluyen en el complejo de las neurociencias. En neurofisiología, se han logrado avances significativos en el análisis de reflejos simples incondicionados de la médula espinal. La comprensión del reflejo de estiramiento o flexión es tan detallada que es posible rastrear con precisión la propagación del flujo aferente de impulsos desde las raíces dorsales en la médula espinal hasta la formación de la descarga eferente en las raíces ventrales. El concepto de reflejo condicionado (CR), introducido por Pavlov, nos permite aplicar el mismo enfoque analítico a los reflejos condicionados clásicos. Sin embargo, ni siquiera los SD más simples permiten detectar el enlace plástico decisivo, responsable de cambiar el flujo de EE.UU. hacia la ruta BR. Los mecanismos neuronales implicados en el condicionamiento operante (reflejos condicionados instrumentales) tampoco están claros.
Los principales métodos para estudiar los mecanismos neuronales del comportamiento son la ablación, la estimulación, el registro eléctrico y el análisis químico. Por ejemplo:
(Una localización estructuras nerviosas, responsable de un comportamiento particular, puede determinarse por la eliminación máxima de áreas del cerebro en las que persiste este comportamiento, y/o por la eliminación mínima en las que desaparece. El bloqueo funcional de los centros nerviosos puede cumplir el mismo propósito.
(B) El sustrato neural de una reacción se puede analizar encontrando el área y los parámetros óptimos de estimulación eléctrica y química que causan la misma reacción.
(B) La actividad eléctrica que acompaña a un acto conductual puede reflejar procesos importantes para su implementación. Los métodos electrofisiológicos se pueden utilizar para identificar la propagación de impulsos aferentes en el cerebro, la actividad que precede a la aparición de una respuesta externa o para correlacionar la probabilidad y/o magnitud de una respuesta eléctrica y conductual.
(D) La activación y posible modificación de los circuitos neuronales causada por el aprendizaje puede reflejarse en cambios locales en el metabolismo de los neurotransmisores, los ácidos nucleicos y las proteínas.
La investigación neurofisiológica tiene como objetivo tener en cuenta la dinámica del comportamiento y la organización espaciotemporal de la actividad cerebral. La adquisición de una nueva experiencia que conduzca a la formación de un engrama (aprendizaje) se puede realizar con la participación de redes neuronales diferentes a las involucradas en la reproducción posterior de la experiencia registrada. El lugar donde se acumula la información puede ser el punto de convergencia de mecanismos separados de registro y lectura. La eficacia de adquirir experiencia y reproducirla depende de factores como el nivel de vigilia, la motivación y las emociones. Todas estas variables deben tenerse en cuenta al explicar los cambios de comportamiento inducidos por la estimulación y la interrupción y al explicar la relación entre los cambios de comportamiento, eléctricos o bioquímicos. Es muy difícil distinguir mecanismos específicos que son comunes a toda una clase de reacciones (por ejemplo, apetitivas y aversivas).
Una descripción general de las estructuras neuronales implicadas en diversas formas de comportamiento es una condición necesaria para un estudio detallado de los cambios celulares y moleculares que subyacen a los reordenamientos plásticos de las redes neuronales. Los micrométodos electrofisiológicos, neuroquímicos y morfológicos disponibles cumplen plenamente este requisito, siempre que se utilicen en el momento adecuado y en enlaces esenciales. La creación de un modelo de comportamiento adecuado para la aplicación eficaz de micrométodos es un requisito previo para seguir avanzando rápidamente. Mientras tanto, la investigación se centra en la organización funcional de las redes neuronales implicadas en diversos procesos, como el procesamiento sensorial, la motivación, la formación de huellas mnémicas, la localización de engramas, etc.
Experimentos de planificación
Para planificar experimentos, es necesario conocer los principios y tácticas de la investigación, el enfoque científico, que se forma mejor mediante la realización directa de experimentos. Este libro es una guía práctica para realizar experimentos. Se supone que el lector está familiarizado con los principios básicos de la estadística. En Sidowski y Lockard (1966) y Weiner (1971) se pueden encontrar consejos prácticos introductorios sobre la realización de experimentos en fisiología del comportamiento. La siguiente es una breve descripción destinada a orientar a los estudiantes sobre algunas de las cuestiones complejas involucradas en el diseño y realización de experimentos.
La ventaja del estudio de laboratorio sobre la observación naturalista es que el investigador puede controlar las condiciones experimentales, es decir, establecer un control preciso sobre las llamadas variables independientes identificar su influencia en variables dependientes. Las variables dependientes en psicología fisiológica pueden ser cualquier característica fisiológica o de comportamiento, mientras que las variables independientes son condiciones controladas por el experimentador y, a veces, impuestas al organismo. Las condiciones significan intervención directa(extracción de partes del cerebro, su estimulación o el uso de diversas drogas), cambio medioambiental(temperatura y luz), cambios en el programa de refuerzo, dificultad de aprendizaje, duración de la privación de alimentos o factores como edad, sexo, linaje genético etc.
Para minimizar la mala interpretación de los experimentos debido a la dificultad de distinguir los efectos de las intervenciones experimentales de los efectos de otras variables, es necesario introducir procedimientos de control. Por ejemplo, cuando se prueba la eficacia de un determinado procedimiento (la variable independiente), se utiliza un grupo de control. Idealmente, el grupo de control se estudia de la misma manera que el grupo experimental, excluyendo la influencia del factor en estudio por el cual se planifica el experimento en sí. El mismo animal se puede utilizar tanto en control como en experimentos si, por ejemplo, es necesario comparar su comportamiento antes y después de la extracción de partes del cerebro. Otro procedimiento de control común, cuyo objetivo es reducir la influencia simultánea de variables, es la aplicación equilibrada de diferentes influencias sobre el mismo animal (por ejemplo, inyecciones de diferentes fármacos o diferentes dosis del mismo fármaco). Otro punto importante de control es la distribución aleatoria de los animales en diferentes grupos. Esto se hace mejor usando una tabla de números aleatorios, que se proporciona en muchos libros de estadística (simplemente capturar animales de una jaula para formar un grupo no es adecuado, ya que los animales más débiles o pasivos serán capturados primero).
Debido a posibles errores o variabilidad en los resultados obtenidos debido a variables no controladas, las mediciones se suelen repetir y promedio o mediana tamaño. Las mediciones repetidas implican múltiples observaciones de los mismos animales, o una observación de muchos animales, o ambas. Cuanto mayor sea la probabilidad de errores o fluctuaciones debido a algunas variables desconocidas o no controladas, más probable será que las mediciones repetidas difieran y, por lo tanto, la variabilidad de las mediciones alrededor de la media será mayor. análisis estadístico generalmente se utiliza para evaluar la importancia de las diferencias observadas entre los grupos experimentales y de control o las condiciones experimentales. Por ejemplo, una diferencia entre dos medias se considera tradicionalmente significativa (es decir, no debida al azar) cuando existe al menos una probabilidad de 95 sobre 100 de que la diferencia sea realmente cierta.
El análisis científico, ya sea que se base en observaciones naturalistas o experimentos de laboratorio, se basa en mediciones para cuantificar las observaciones. El llamado nivel de medición determina qué operaciones aritméticas se pueden aplicar a los números, lo que en consecuencia determina el uso de métodos estadísticos adecuados. El investigador debe tener en cuenta el nivel de mediciones y prever la naturaleza del procesamiento estadístico de los resultados ya al planificar experimentos, ya que estas consideraciones ayudarán a resolver la cuestión de la precisión de los instrumentos de medición y el número requerido de experimentos.
Es necesario distinguir entre cuatro niveles generales de medición o valoración: nominal, ordinario, interválico y correlativo. El nivel más bajo es nominal, donde símbolos como letras o números se utilizan simplemente para clasificar objetos o fenómenos. En este caso, el número de mediciones que pertenecen a diferentes clases en condiciones experimentales y de control se compara utilizando estadística binomial. Si es posible organizar las observaciones de modo que tengan algún tipo de relación entre sí (por ejemplo, “más que”, “menos que”, etc.), entonces estaremos tratando con escala ordinaria. Si, además, es posible detectar intervalos entre números en tal escala, entonces estaremos ante escala de intervalo, que tiene un punto cero arbitrario (como en el caso de una escala de temperatura). Si la báscula, como en el caso de las básculas de altura y de masa, también tiene al principio un punto cero verdadero, se alcanzará el nivel de medición más alto, es decir, escala relativa. Los parámetros medidos usando una escala nominal u ordinaria se procesan usando estadística no paramétrica(por ejemplo, χ 2 -est (Connover, 1971; Siegel, 1956)), mientras que los datos medidos en escalas de intervalo y de razón generalmente se procesan utilizando métodos estadísticos paramétricos(por ejemplo, pruebas t) (si diferentes suposiciones sobre los parámetros de la población de la que se toma el ejemplo se ajustan a los datos). Los parámetros poblacionales sujetos a procedimientos estadísticos no paramétricos no necesariamente tienen que cumplir ciertas condiciones, como la distribución normal. Por lo tanto, estos procedimientos se utilizan ampliamente en experimentos de psicología fisiológica, donde las mediciones generalmente se llevan a cabo a un nivel rutinario y el tamaño de la muestra suele ser pequeño. El plan para realizar los experimentos descritos en este libro incluye una comparación de datos experimentales y de control. Para estos datos obtenidos de eventos independientes, una estadística no paramétrica útil es la U-gest Maná - Whitney. Cuando se utiliza otro diseño experimental, el animal sirve como control para sí mismo, como en el caso de comparar el comportamiento antes y después de la administración de un fármaco y cuando se extraen partes del cerebro. El estimador no paramétrico estándar para dichos datos obtenidos en presencia de eventos relacionados es la prueba de pares conjugados de filas con signo de Wilcoxon(Siegel, 1956). Además, se utilizan métodos no paramétricos para analizar datos obtenidos de textos repetidos, a partir de los cuales se construyen curvas de aprendizaje y curvas de reactividad (Krauth, 1980).
En este libro, se utilizan ratas como animales de experimentación en la mayoría de los experimentos. Para obtener información detallada sobre los procedimientos generales de laboratorio, incluido el cuidado y manipulación de animales, especialmente ratas, se remite a los lectores a los trabajos de Baker et al. (1979), Ferris (1957) y Goodman y Oilman (1957, 1975). Lane-Petteret y otros (1967), Leonard (1968), Myers (1971a), Munn (1950) y Short y Woodnott (Short
y Woodnott, 1969).
Las cepas de ratas más utilizadas en estudios de comportamiento son las cepas encapuchadas de Long-Evans; líneas blancas de Sprague-Dawley y Wistar. Para obtener y comparar resultados es recomendable utilizar líneas estándar. Sin embargo, el grado de generalización de los resultados puede depender del uso de múltiples líneas (así como de especies).
Para realizar experimentos con animales, es necesario mantenerlos limpios, cómodos y a salvo de enfermedades. Esto se puede lograr siguiendo estándares detallados de alojamiento, alimentación, higiene, cuidados postoperatorios (ver referencias arriba) y conocimiento de las enfermedades animales comunes (Myers, 1971 a; Short y Woodnott, 1969).
La mayoría de los experimentos conductuales causan malestar en los animales, ya sea causado por la privación de alimentos, el uso de estimulación aversiva central o periférica, la administración de drogas o simplemente levantar al animal en el aire. El experimentador debe recordar esto constantemente y tratar, si es posible, de reducir el malestar del animal de experimentación.
Las siguientes son pautas para realizar pruebas con animales que forman parte de la sección "Principios para el uso de animales" de la Guía de contratos y subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud de 1978:
"1. Los experimentos que utilicen vertebrados vivos y tejidos de organismos vivos para investigaciones deben llevarse a cabo bajo la supervisión de científicos biológicos, fisiológicos o médicos calificados.
2. El alojamiento, cuidado y alimentación de todos los animales de experimentación deberán estar bajo la supervisión de un veterinario cualificado u otro científico competente en estas materias.
3. La investigación, por su naturaleza, debe producir resultados útiles en beneficio de la sociedad y no debe ser aleatoria ni inútil.
4. El experimento debe basarse en el conocimiento de la enfermedad o problema que se estudia y diseñarse de forma que los resultados esperados justifiquen su realización.
5. Análisis estadístico, modelos matemáticos o sistemas biológicos en vitro Deben utilizarse si complementan adecuadamente los resultados de los ensayos con animales y reducen el número de animales utilizados.
6. Los experimentos deberán realizarse de forma que no sometan al animal a sufrimientos o daños innecesarios.
7. El científico a cargo del experimento debe estar preparado para finalizarlo si cree que continuarlo causaría lesiones o sufrimiento innecesarios a los animales.
8. Si la experiencia en sí causa más malestar en el animal que la anestesia, entonces es necesario llevar al animal (mediante el uso de anestesia) a un estado en el que no perciba dolor, y mantener este estado hasta que se complete el experimento o procedimiento. terminado. Las únicas excepciones son aquellos casos en los que la anestesia puede perjudicar el propósito del experimento y los datos no pueden obtenerse de otra manera que no sea mediante la realización de dichos experimentos. Dichos procedimientos deben ser supervisados cuidadosamente por la gerencia u otro personal superior calificado.
9. El cuidado del animal después del experimento debe minimizar las molestias y los efectos del trauma causado al animal como resultado del experimento, de acuerdo con la práctica médica veterinaria aceptada.
10. Si es necesario matar un animal de experimentación, se hace de tal manera que se logre una muerte instantánea. Ningún animal debe ser destruido hasta que ocurra la muerte."
Casi todas las pruebas conductuales y neurológicas que se describen en los capítulos siguientes requieren el manejo de animales. El animal debe estar acostumbrado a este procedimiento durante varios días antes de que comience el experimento. Dicho manejo consiste en sacar al animal de la jaula con la mano, colocarlo sobre la mesa, acariciarlo suavemente y trasladarlo de un lugar a otro. Con el tiempo, los animales dejan de resistirse a tales procedimientos si se llevan a cabo con cuidado.
No sujetes al animal por la cola y procura no agarrar la piel ni ejercer demasiada presión sobre el animal. Es mejor tomar al animal por detrás debajo de los omóplatos, colocando el pulgar debajo de una extremidad anterior y el resto de los dedos debajo de la segunda extremidad. La fuerza de agarre del animal debe corresponder al grado de su resistencia. Si se sujeta al animal de manera que sus extremidades anteriores se crucen, no podrá morder.
Cuando se manipulan con frecuencia, las ratas de laboratorio se vuelven bastante mansas y fáciles de controlar. Es aconsejable utilizar un asistente para administrar los fármacos, mientras que el experimentador utiliza la segunda mano para estirar las extremidades traseras del animal. Con suficiente práctica, las inyecciones intraperitoneales se pueden realizar de forma independiente agarrando las extremidades traseras de la rata e inyectando simultáneamente con la otra mano.
Es útil calmar al animal antes de la inyección; Para hacer esto, debes agarrar al animal como se describe arriba y luego balancearlo lentamente hacia adelante y hacia atrás formando un amplio arco.
Usando el método habitual marcas ratas implica hacer hendiduras o agujeros en las orejas del animal mientras está bajo anestesia. Las orejas del animal son finas y no sangran mucho. El método preferido es marcar el cuerpo y la cola con algún tinte biológico, como amarillo de ácido pícrico o rojo de carbofucsina. Este sistema binario permite la codificación individual de 63 ratas. (Si usa varias ratas, codifíquelas solo con números pares, ya que esto reduce la cantidad de agujeros o marcas necesarias).
EQUIPOS Y MÉTODOS PARA EL ESTUDIO DE FUNCIONES FISIOLÓGICAS
Los éxitos de la fisiología moderna en el estudio de las funciones de todo el organismo, sus sistemas, órganos, tejidos y células se deben en gran medida a la introducción generalizada en la práctica de experimentos fisiológicos con equipos electrónicos, dispositivos de análisis y computadoras electrónicas, así como bioquímicos y métodos de investigación farmacológica. En los últimos años, en fisiología, los métodos cualitativos se han complementado con métodos cuantitativos, lo que permite determinar los parámetros estudiados de diversas funciones en las unidades de medida adecuadas. Junto con fisiólogos, físicos, matemáticos, ingenieros y otros especialistas participan en el desarrollo de nuevos enfoques metodológicos.
La rápida mejora de la tecnología electrónica ha abierto nuevas formas de comprender muchos procesos fisiológicos, lo que antes era fundamentalmente imposible.
La creación de varios sistemas de sensores que convierten procesos no eléctricos en eléctricos y la mejora de los equipos de medición y registro permitieron desarrollar nuevos métodos de alta precisión para el registro objetivo (por ejemplo, biotelemetría) de funciones fisiológicas, lo que amplió significativamente las posibilidades del experimento.
DIAGRAMA DE CONEXIONES ENTRE DISPOSITIVOS Y OBJETOS DE INVESTIGACIÓN
Al estudiar funciones fisiológicas utilizando diversos equipos, se forman sistemas únicos en experimentos y clínicas. Se pueden dividir en dos grupos: 1) sistemas para registro diversas manifestaciones de la actividad vital y análisis de los datos obtenidos y 2) sistemas para impacto sobre el organismo o sus unidades estructurales y funcionales.
Para representar visualmente las interacciones de los elementos individuales del sistema, es necesario considerarlos en forma de diagramas de bloques. Estos diagramas de bloques y sus símbolos son convenientes para que los estudiantes los utilicen para ilustrar protocolos experimentales durante las clases prácticas. En nuestra opinión, esta forma de representación de al menos parte de las condiciones experimentales reducirá significativamente su descripción y contribuirá a la comprensión de los diagramas de circuitos de dispositivos e instrumentos.
Diagramas de bloques que reflejan las principales formas de interacción entre el objeto de estudio y diversos dispositivos para registrar funciones.
Muchas funciones corporales pueden estudiarse sin equipo electronico y registrar procesos ya sea directamente o después de algunas transformaciones . Los ejemplos incluyen medir la temperatura con un termómetro de mercurio, registrar los latidos del corazón con una palanca de escritura y un quimógrafo, registrar la respiración con una cápsula de Marais, pletismografía con un pletismógrafo de agua, determinar el pulso, etc. Diagramas reales de instalaciones para pletismografía, registrar la motilidad gástrica y registrar la respiración. se muestran en la Fig.
En la figura 1 se muestra un diagrama de bloques de un sistema que permite registrar procesos bioeléctricos en el cuerpo. \, EN. Consiste en un objeto de investigación, electrodos de plomo, un amplificador, un registrador y una fuente de alimentación. Los sistemas de registro de este tipo se utilizan para electrocardiografía, electroencefalografía, electrogastrografía, electromiografía, etc.
Al investigar y registrarse con utilizando equipos electrónicos Primero es necesario convertir una serie de procesos no eléctricos en señales eléctricas. Para ello se utilizan varios sensores. Algunos sensores son capaces de generar señales eléctricas por sí mismos y no requieren energía de una fuente de corriente, mientras que otros sí la requieren. La magnitud de las señales de los sensores suele ser pequeña, por lo que es necesario preamplificarlas para registrarlas. Los sistemas que utilizan sensores se utilizan para balistocardiografía, pletismografía, esfigmografía, registro de la actividad motora, presión arterial, respiración, determinación de gases en sangre y aire exhalado, etc.
Si los sistemas se complementan y coordinan con el trabajo transmisor de radio, entonces es posible transmitir y registrar funciones fisiológicas a una distancia considerable del objeto de estudio. Este método se llama biotelemetría. El desarrollo de la biotelemetría está determinado por la introducción de la microminiaturización en la ingeniería de radio. Permite estudiar funciones fisiológicas no solo en condiciones de laboratorio, sino también en condiciones de comportamiento libre, durante actividades laborales y deportivas, independientemente de la distancia entre el objeto de estudio y el investigador.
Los sistemas diseñados para influir en el cuerpo o sus unidades estructurales y funcionales tienen varios efectos: desencadenantes, estimulantes e inhibidores. Los métodos y opciones de influencia pueden ser muy diversos. .
Al investigar analizadores remotos El impulso estimulante se puede percibir a distancia, en estos casos no se necesitan electrodos estimulantes. Así, por ejemplo, se puede influir en el analizador visual con la luz, en el auditivo con el sonido y en el olfativo con varios olores.
En experimentos fisiológicos, el estímulo se utiliza a menudo. electricidad, en relación con el cual se han generalizado estimuladores de pulso electrónicos Y electrodos estimulantes. La estimulación eléctrica se utiliza para estimular receptores, células, músculos, fibras nerviosas, nervios, centros nerviosos, etc. Si es necesario, se puede utilizar estimulación biotelemétrica (Fig.4, EN). Además, los efectos sobre el organismo pueden ser tanto locales como generales.
Los estudios de funciones fisiológicas se llevan a cabo no solo en reposo, sino también bajo diversas cargas físicas. . Este último se puede crear cualquiera de los dos. realizar determinados ejercicios (sentadillas, carrera, etc.), o utilizar diversos aparatos (bicicleta ergómetro, cinta de correr, etc.), que permitan dosificar con precisión la carga.
Los sistemas de grabación y estimulación se utilizan a menudo simultáneamente, lo que amplía significativamente las posibilidades de los experimentos fisiológicos. Estos sistemas se pueden combinar de varias maneras.
ELECTRODOS
En la investigación fisiológica electrodos son el vínculo de conexión entre el objeto de estudio y los instrumentos. Se utilizan para aplicar descargas o registrar (eliminar) la actividad bioeléctrica de células, tejidos y órganos, por lo que se suelen dividir en estimulante . El mismo electrodo se puede utilizar como electrodo estimulante y guía, ya que no existe una diferencia fundamental entre ellos.
Dependiendo del método de registro o estimulación, se distinguen electrodos bipolares y unipolares. En el método bipolar se suelen utilizar dos electrodos idénticos; en el método unipolar, los electrodos difieren tanto en funcionalidad como en diseño. En este caso, el electrodo activo (diferencial) se coloca en el área de eliminación del biopotencial o en el área del tejido que necesita ser estimulado.
El electrodo activo suele tener un tamaño relativamente pequeño en comparación con otro electrodo pasivo (indiferente). El electrodo indiferente suele estar fijado a cierta distancia del activo. En este caso, es necesario que la zona de fijación del electrodo indiferente no tenga potencial propio (por ejemplo, una zona muerta de tejido, un medio líquido conductor de electricidad que rodea el objeto de estudio), o esta zona debe seleccionarse con un potencial más bajo y relativamente estable (por ejemplo, el lóbulo de la oreja). Los electrodos indiferentes suelen ser placas de plata, estaño, plomo u otro metal.
Dependiendo de su ubicación, los electrodos se dividen en superficial Y sumergible. Los electrodos de superficie se fijan en la superficie del objeto de estudio (por ejemplo, al registrar un ECG, EEG) o en estructuras preparadas y expuestas (al estimular un nervio, eliminar potenciales evocados de la superficie de la corteza cerebral, etc. ).
Los electrodos sumergibles se utilizan para estudiar objetos ubicados profundamente en órganos o tejidos (por ejemplo, cuando se estimulan neuronas ubicadas en las estructuras subcorticales del cerebro o se eliminan de ellas la actividad bioeléctrica). Estos electrodos tienen un diseño especial que debe garantizar un buen contacto con el objeto de estudio y un aislamiento confiable de la parte conductora restante del electrodo de los tejidos circundantes. Todos los electrodos, independientemente del tipo y método de uso, no deben tener un efecto nocivo sobre el objeto de estudio.
Es inaceptable que los propios electrodos se conviertan en una fuente de potenciales. En consecuencia, los electrodos no deben tener potenciales de polarización, lo que en algunos casos puede distorsionar significativamente los resultados de la investigación. La magnitud del potencial de polarización depende del material del que está hecho el electrodo, así como de las propiedades y parámetros de la corriente eléctrica.
Los electrodos fabricados con metales nobles: el oro, la plata y el platino tienen menor capacidad de polarización. La polarización prácticamente no se produce si fluye agua a través de los electrodos. variable o corriente eléctrica pulsada con polaridad cambiante de los pulsos. La posibilidad de polarización del electrodo aumenta cuando interactúa con una corriente monofásica continua o pulsada. Cuanto mayor sea la corriente que fluye a través del electrodo y cuanto mayor sea la duración de su acción, mayor será la probabilidad de polarización. Está asociado con procesos electroquímicos que ocurren entre el material del electrodo y el entorno electrolítico circundante. Como resultado, los electrodos adquieren una cierta carga, de signo opuesto a la corriente estimulada o extraída, lo que conduce a un estado incontrolado de las condiciones experimentales. Por lo tanto, al exponer un objeto a corriente continua y al eliminar potenciales constantes o que cambian lentamente, utilice Electrodos no polarizantes.
En experimentos eléctricos, los electrodos no polarizantes más utilizados son los siguientes tipos: plata - cloruro de plata, platino - cloruro de platino y zinc - sulfato de zinc.
Electrodos de plata al entrar en contacto con el líquido tisular que contiene cloruros, rápidamente se cubren con una capa de cloruro de plata y luego son difíciles de polarizar. Sin embargo, para estudios experimentales precisos, los electrodos de plata se recubren con una capa de cloruro de plata antes de utilizarlos en el experimento. Para ello, el electrodo de plata se limpia con papel de lija fino, se desengrasa cuidadosamente, se lava con agua destilada y se sumerge en un recipiente con una solución de NaCl al 0,9% o 0,1 N. NS1, que ya cuenta con un electrodo de carbono.
El ánodo (+) se conecta al electrodo de plata y el cátodo (-) al electrodo de carbón de cualquier fuente de corriente continua (batería, acumulador, rectificador, etc.) con un voltaje de 2 - 6 V. Una densidad de corriente de A través de los electrodos se pasan de 0,1 a 100 V. A/m 2 hasta que el electrodo quede cubierto con una capa continua de cloruro de plata. Se recomienda realizar esta operación en la oscuridad. Los electrodos clorados terminados se almacenan en solución de Ringer en la oscuridad.
No polarizante electrodos de platino se puede hacer de la siguiente manera. El alambre de platino se lava con agua destilada y se sumerge en ácido sulfúrico concentrado durante varios minutos, luego se lava a fondo con agua destilada, después de lo cual se sumergen dos electrodos de platino en un recipiente con una solución de cloruro de platino. Un electrodo está conectado al ánodo y el otro al cátodo de una fuente de corriente continua con un voltaje de 2 V.
Con la ayuda de un interruptor, la corriente pasa a través de ellos en una dirección u otra (4-6 veces durante 15 s). El electrodo que se utilizará en la investigación debe estar conectado al ánodo de la fuente de corriente en la última operación de paso de corriente. El electrodo terminado debe lavarse y almacenarse en agua destilada.
Tipo de electrodos no polarizantes zinc – sulfato de zinc Son tubos de vidrio llenos de una solución de sulfato de zinc. 2, en el que se coloca una varilla de zinc amalgamado 3. La amalgamación del zinc se obtiene sumergiéndolo durante varios minutos, primero en una solución de ácido sulfúrico al 10% y luego en mercurio. El extremo inferior del tubo de vidrio está cubierto de caolín. 4, mezclado con solución de Ringer. A la parte exterior del tapón de caolín se le da una forma adecuada para el contacto con el objeto. A veces, el tapón está hecho de yeso y se inserta en él una mecha de algodón o un cepillo de pelo suave 5. Los iones de zinc tienen una alta capacidad de difusión, por lo que estos electrodos se almacenan por no más de 1 día.
Los electrodos para estimulación y abducción se utilizan tanto en experimentos agudos como crónicos. En este último caso, unos días antes del experimento, se implantan (implantan) en el tejido del objeto de investigación. Este - implantado electrodos.
SENSORES
Sensores - Se trata de dispositivos que convierten diversas cantidades físicas en una señal eléctrica. Distinguir generador Y paramétrico sensores
Sensores del generador bajo una influencia u otra, ellos mismos generan tensión o corriente eléctrica. Estos incluyen los siguientes tipos de sensores: piezoeléctricos, termoeléctricos, de inducción y fotoeléctricos.
Sensores paramétricos bajo la influencia de la función medida, cambian algún parámetro del circuito electrónico y modulan (en amplitud o frecuencia) la señal eléctrica de este circuito. Los principales tipos de sensores paramétricos son los siguientes: óhmicos, capacitivos e inductivos.
Cabe señalar que esta división de sensores es arbitraria, ya que tanto los sensores generadores como los paramétricos se han creado en base a efectos termoeléctricos y fotoeléctricos. Por ejemplo, para crear sensores generadores se utilizan fotodiodos y termopares, y para crear sensores paramétricos se utilizan fotodiodos y termistores.
La introducción de varios tipos de sensores en estudios fisiológicos y clínicos permite obtener información objetiva sobre muchas funciones del cuerpo, por ejemplo, la contracción muscular, el desplazamiento del centro de gravedad del cuerpo durante la redistribución de la sangre, la presión arterial, el llenado de sangre. vasos, el grado de saturación de la sangre con oxígeno y dióxido de carbono, ruidos y soplos cardíacos, temperatura corporal y muchos otros.
Sensores piezoeléctricos. La creación de este tipo de sensor se basa en el efecto piezoeléctrico, que se expresa de la siguiente manera: algunos dieléctricos cristalinos (cuarzo, sal de Rochelle, titanato de bario) bajo la influencia de una deformación mecánica son capaces de polarizarse y generar una corriente eléctrica. Un sensor piezoeléctrico consta de un cristal sobre el cual se depositan contactos metálicos mediante pulverización catódica para eliminar el potencial eléctrico generado por el sensor. Cuando un sensor piezoeléctrico se deforma usando un sistema mecánico, se pueden registrar varios tipos de desplazamiento, aceleración y vibración (por ejemplo, pulso), y se pueden usar micrófonos piezoeléctricos para grabar. fonoelectrocardiogramas .
Los sensores piezoeléctricos tienen cierta capacitancia (100-2000 pf), por lo que pueden distorsionar señales con frecuencias inferiores a unos pocos hercios. Son prácticamente inerciales, lo que permite su uso para estudiar procesos que cambian rápidamente.
Sensores termoeléctricos. Este tipo de sensor convierte los cambios de temperatura en corriente eléctrica. (par termoeléctrico) o cambia la intensidad de la corriente en un circuito eléctrico bajo la influencia de la temperatura (termistores). Los sensores termoeléctricos se utilizan ampliamente para medir temperaturas y determinar diversos parámetros del entorno del gas: caudal, porcentaje de gases, etc.
Par termoeléctrico consta de dos conductores diferentes conectados entre sí. Para su fabricación se utilizan diversos materiales: platino, cobre, hierro, tungsteno, iridio, constanten, cromel, copel, etc. En un termopar formado por cobre y constantán, con una diferencia de temperatura de 100°C entre sus conexiones, aparece una fuerza electromotriz de aproximadamente 4 mV.
Termistores – Se trata de resistencias semiconductoras que pueden disminuir su resistencia a medida que aumenta la temperatura. Hay resistencias cuya resistencia aumenta al aumentar la temperatura, se llaman postores. Los termistores se producen en una amplia variedad de diseños. Se deben incluir termistores en los circuitos puente de medición de CC. . Se utilizan mucho para crear termómetros eléctricos.
Sensores fotoeléctricos o fotocélulas. Este tipo de sensores son dispositivos que cambian sus parámetros bajo la influencia de la luz. Hay tres tipos de fotocélulas: 1) con efecto fotoeléctrico externo, 2) con capa de bloqueo (fotodiodos), 3) con efecto fotoeléctrico interno (fotorresistores).
Fotocélulas con fotoefecto externo. Son cilindros llenos de vacío o gas. . El cilindro contiene dos electrodos: un cátodo, recubierto con una capa de metal (cesio, antimonio), capaz de emitir electrones bajo la influencia de la luz (efecto fotoeléctrico externo), y un ánodo. Las fotocélulas de este tipo requieren energía adicional para crear un campo eléctrico dentro del elemento; están conectados a la red DC. Cuando se expone a la luz, el cátodo emite electrones que fluyen hacia el ánodo. La corriente así generada sirve como indicador de la intensidad del flujo luminoso. Las células solares llenas de gas son más sensibles, ya que la fotocorriente en ellas aumenta debido a la ionización del gas de relleno por los electrones. Sin embargo, en comparación con las fotocélulas de vacío, son más inerciales.
Fotocélulas con capa barrera. Se utiliza en varios dispositivos médicos (por ejemplo, monitores de frecuencia cardíaca, oxímetros, etc.). Este tipo de fotocélula es una placa de hierro o acero. 1, sobre el que se aplica una capa semiconductora 2. La superficie de la capa semiconductora está cubierta por una fina película metálica. 4. Uno de los electrodos es una placa, el otro es una película metálica sobre un semiconductor 5. Para garantizar un contacto confiable, la película alrededor del perímetro está sellada con una capa más gruesa de metal. 3. Al fabricar un fotodiodo, se forma una capa de bloqueo entre el semiconductor y la oblea, o entre el semiconductor y la película.
Cuando se ilumina un fotodiodo, los cuantos de luz eliminan los electrones del semiconductor, que atraviesan la capa de bloqueo y cargan negativamente un electrodo; el propio semiconductor y el otro electrodo adquieren una carga positiva. En consecuencia, cuando se ilumina, un fotodiodo se convierte en un generador de energía eléctrica, cuya magnitud depende de la intensidad del flujo luminoso. La fotocorriente de los fotodiodos se puede aumentar significativamente si se aplica voltaje de una fuente de corriente continua externa a los electrodos de los fotodiodos.
Fotorresistores tienen la propiedad de cambiar su resistencia activa bajo la influencia del flujo de luz. Tienen alta sensibilidad en una amplia gama de radiación, desde infrarrojos hasta rayos X. Su sensibilidad depende del voltaje del circuito de medición. El circuito del puente de medición incluye fotorresistores, que funcionan con una fuente de corriente continua. Un cambio en la resistencia del fotorresistor bajo la influencia de la luz altera el equilibrio del puente, lo que conduce a un cambio en la cantidad de corriente. que fluye a través de la diagonal de medición del puente.
Los fotodiodos son menos sensibles que los fotorresistores, pero también tienen menos inercia. Vista exterior de un sensor con fotocélula utilizado para taquimetría de frecuencia cardíaca.
Sensores de inducción. Este tipo de sensor se utiliza para medir la velocidad de movimientos lineales y angulares, como la vibración. La fuerza electromotriz en los sensores de inducción surge en proporción a la velocidad de movimiento del conductor en un campo magnético perpendicular a la dirección de las líneas del campo magnético o cuando el campo magnético se mueve con respecto al conductor.
Sensores óhmicos. Estos sensores son capaces de cambiar su resistencia durante movimientos lineales y angulares, así como durante deformaciones y vibraciones.
Existen diferentes tipos de sensores óhmicos . En reostático y poteniométrico En los sensores óhmicos, un cambio en su resistencia se logra moviendo un contacto móvil, que tiene una conexión mecánica con el objeto del movimiento convertido. La sensibilidad de estos sensores es relativamente baja y asciende a 3-5 V/mm. La precisión de la conversión puede ser bastante alta (hasta 0,5%) y depende de la estabilidad de la tensión de alimentación, la precisión de fabricación de la resistencia del sensor, su estabilidad estructural y otros factores. Estos sensores tienen un diseño sencillo, pequeñas dimensiones y peso, y pueden conectarse a circuitos de corriente continua y alterna. Sin embargo, la presencia de un contacto móvil limita la vida útil de estos sensores.
Sensores óhmicos en cable (células cepa) no hay ningún acto mueble (Fig.8, GRAMO). Bajo la influencia de fuerzas externas, estos sensores cambian su resistencia cambiando la longitud, la sección transversal y la resistividad del cable metálico. La precisión de la conversión es del 1 al 2%. Las galgas extensométricas tienen dimensiones, masa e inercia pequeñas y son convenientes para estudiar pequeños desplazamientos.
Además de los sensores de alambre convencionales, en los últimos años se han utilizado ampliamente sensores de alambre. sensores semiconductores(por ejemplo, gedistores), cuya sensibilidad a la deformación es 100 veces mayor que la de los de alambre.
Sensores capacitivos. El principio de funcionamiento de estos sensores se basa en el hecho de que los indicadores fisiológicos convertidos (presión, cambio en el volumen del órgano) afectan ciertos parámetros del sensor (constante dieléctrica, área de placa, distancia entre placas) y, por lo tanto, cambian su capacitancia. Estos sensores tienen alta sensibilidad y baja inercia, el uso de sensores capacitivos diferenciales permite aumentar su sensibilidad e inmunidad al ruido. Este tipo de sensores ha encontrado una amplia aplicación en equipos electrofisiológicos y de diagnóstico. Se utilizan, por ejemplo, en tensiómetros, pletismógrafos, esfigmógrafos y otros instrumentos diseñados para convertir cantidades no eléctricas que reflejan funciones fisiológicas en cantidades eléctricas proporcionales. El diseño real de un sensor capacitivo se muestra en la Fig. 2, G y 7, G, y en la Fig. La figura 81 muestra un esquema de una instalación para registrar la motilidad gástrica mediante un sensor capacitivo.
Sensores inductivos. La acción transformadora de estos sensores se basa en la propiedad de la bobina inductora de cambiar su resistencia. Esto se puede lograr introduciendo un núcleo ferromagnético en él o cambiando el tamaño del espacio en el núcleo magnético en el que se encuentra la bobina.
Para convertir movimientos relativamente grandes (más de 5-10 mm), se utilizan sensores inductivos con un núcleo móvil. . Este tipo de sensor se utiliza en algunos diseños de balistocardiógrafos. Para convertir movimientos pequeños (menos de 5 mm), se pueden utilizar sensores con una separación de circuito magnético variable. . Los sensores inductivos se pueden fabricar en forma de transformador o transformador diferencial con dos devanados opuestos. En este último caso, la señal de salida será más potente. Los sensores inductivos son muy sensibles. Su inercia depende de las propiedades dinámicas de los elementos móviles del sensor.
DIAGRAMAS DE MEDICIÓN
Cualquier tipo de sensor que convierta una función particular en una señal eléctrica debe incluirse en el circuito de medición. Los circuitos de medida más utilizados son: circuito puente con fuente de alimentación CC o CA, circuito diferencial, y circuito oscilatorio, que incluyen instrumentos de medición (registro). La sensibilidad de los circuitos de medición diferencial es mayor que la de los circuitos puente.
Así, los instrumentos eléctricos utilizados para medir cantidades no eléctricas de diversas funciones constan de un sensor, un circuito de medición y un medidor o registrador. A menudo, la señal de salida del sensor, que tiene un valor pequeño, no puede ser registrada por el circuito de medición, por lo que se introducen en él amplificadores de CC o CA.
La transformación de procesos no eléctricos en eléctricos ofrece amplias oportunidades para su registro. Esto se explica no sólo por las ventajas puramente técnicas, sino también por la precisión de la medición de los valores registrados, la conveniencia de comparar los datos de varios experimentos y la posibilidad de procesarlos mediante computadoras. Es importante que este método permita registrar de forma sincronizada procesos eléctricos y no eléctricos en las mismas coordenadas temporales, compararlos, identificar las relaciones causa-efecto existentes entre ellos, etc., es decir, proporciona nuevas oportunidades para el estudio fisiológico. procesos.
AMPLIFICADORES
La actividad eléctrica de los objetos biológicos y los parámetros eléctricos de muchos sensores que convierten procesos no eléctricos en eléctricos se caracterizan por valores relativamente pequeños: intensidad de corriente - mili y microamperios, voltaje - milimicrovoltios. Por tanto, registrarlos sin una amplificación previa es extremadamente difícil o incluso imposible. Para amplificar pequeñas señales eléctricas, utilice amplificadores Son necesarios para muchos circuitos de medición y se construyen utilizando tubos de vacío o dispositivos semiconductores.
Veamos brevemente el principio de funcionamiento de un triodo y un amplificador diseñado en base a esta lámpara. . Si el circuito de filamento del triodo (A) Al encender la fuente de energía, el cátodo se calienta y emite electrones, es decir, un Emisión de electrones del cátodo (B). Cuando se conecta adicionalmente una fuente de corriente continua entre el ánodo y el cátodo, los electrones emitidos por el cátodo calentado se mueven hacia el ánodo, lo que provoca apariencia de la corriente cierta fuerza (EN). La fuerza de esta corriente se puede controlar aplicando un voltaje a la rejilla del triodo. Si se aplica un potencial positivo a la rejilla del triodo, el flujo de electrones desde el cátodo al ánodo y la corriente que pasa a través de la lámpara (corriente del ánodo) aumentan. (GRAMO), En un potencial negativo en la red, el flujo de electrones y la corriente disminuyen. (C).
Para registrar los cambios en la corriente que pasa a través del triodo y convertirlo en un voltaje cambiante, se incluye una resistencia en el circuito del ánodo. ra ( mi ), cuyo valor afecta significativamente las propiedades de la etapa amplificadora. Supongamos que a la entrada del amplificador se aplica una tensión alterna V BX igual a 1 V, que provoca un cambio en la corriente del ánodo de 0,001 A; y la resistencia del circuito del ánodo es de 10 kOhm, entonces la caída de voltaje a través de esta resistencia será igual a 10 V. Si una resistencia se aumenta a 100 kOhm y otras condiciones iguales, la caída de voltaje será de 100 V. En consecuencia, en el primer caso, la tensión de entrada se amplifica 10 veces, y en el segundo, 100 veces, es decir. la ganancia será de 10 y 100, respectivamente.
En los casos en que una etapa del amplificador no proporcione la ganancia requerida, utilice Amplificadores de varias etapas. La comunicación entre etapas en amplificadores de CA se realiza a través de condensadores de acoplamiento C 1 Y C 2, con la ayuda del cual el componente alterno del voltaje del ánodo de la etapa anterior se transfiere a la entrada de la siguiente. Los amplificadores de CC no tienen condensadores de acoplamiento. La ganancia de todo el amplificador depende de la ganancia de las etapas individuales, de su número y está determinada por el producto de las ganancias de todas las etapas del amplificador.
Los amplificadores actúan como un enlace intermedio entre el objeto de estudio (así como electrodos, sensores) y registradores, es decir, representan enlace. No deben distorsionar la naturaleza del proceso en estudio. Por tanto, antes de pasar a las características técnicas del amplificador, es necesario conocer las propiedades eléctricas de la señal (biopotencial) de un objeto vivo o sensor, y también tener en cuenta la resistencia interna de la fuente de señal.
Una característica bastante completa de la señal viene dada por la fórmula que determina el volumen de la señal: V = TFH, donde V – volumen de la señal (biopotencial), T – su duración, F – ancho del espectro de frecuencia de la señal norte – exceso de amplitud de la señal sobre el ruido. Un canal de comunicación también se puede caracterizar por tres cantidades: T k - el tiempo durante el cual el canal realiza sus funciones, F K - la banda de frecuencia que el canal es capaz de transmitir, y nk – banda de niveles dependiendo de los límites de carga permitidos, es decir, la sensibilidad mínima y la amplitud máxima de la señal suministrada a la entrada del amplificador. El producto de estas cantidades se llama capacidad del canal: V K = G k F K I k
La transmisión de una señal a través de un canal de comunicación (a través de un amplificador) solo es posible si las características principales de la señal no van más allá de los límites correspondientes de las características del canal de comunicación. Si los parámetros de la señal exceden las características del canal de comunicación, entonces es imposible transmitir la señal a través de este canal sin pérdida de información.
Algunas influencias del amplificador sobre las características de amplitud-tiempo de la señal se ilustran en la Fig. 12.
Los potenciales superior e inferior en cada figura se registraron simultáneamente desde un electrodo usando dos amplificadores idénticos, que tenían diferentes constantes de tiempo de entrada. Los parámetros de los potenciales evocados y las características de los amplificadores se presentan en forma de tabla, los equivalentes geométricos de los mismos potenciales se muestran en la Fig. 13.
A pesar de que en cada cuadro se registró el mismo potencial, las características de amplitud-tiempo de las grabaciones resultantes difieren notablemente entre sí, lo que está determinado únicamente por los parámetros de los amplificadores. El amplificador con el que se grabaron las grabaciones inferiores tenía parámetros que excedían las características de la señal, por lo que los potenciales evocados se grabaron sin distorsión. El amplificador con el que se grabaron las grabaciones superiores tenía diferentes parámetros, pero en todos los casos no excedía las características de la señal, por lo que los potenciales evocados se distorsionaban (pérdida de información).
El valor de la resistencia interna de la fuente de señal, que depende no solo de las propiedades del objeto de estudio, sino también de las propiedades de los circuitos de salida (por ejemplo, el tamaño, la forma y la resistencia de los electrodos, cables de conmutación, etc. .), se puede mostrar en el siguiente ejemplo. Si la resistencia interna de la fuente de señal es mayor o igual que la resistencia de entrada del amplificador, entonces la señal no se registrará en absoluto o su amplitud se reducirá significativamente. Por lo tanto, a veces es necesario aumentar significativamente la impedancia de entrada del amplificador. En estos casos se utilizan amplificadores con seguidor de cátodo, y en circuitos de transistores, con seguidor de emisor fabricado sobre transistores de efecto de campo.
Hay dos tipos de amplificadores más utilizados en los laboratorios de fisiología: amplificadores de CA y amplificadores de CC.
Amplificadores de CA. Los amplificadores de este tipo constan de varias etapas de amplificación conectadas entre sí mediante condensadores de acoplamiento. Estos dispositivos se utilizan para amplificar componentes de señales variables debido a su capacidad para transmitir frecuencias de 0,1 Hz a 10-15 kHz. Por lo general, tienen una alta ganancia y pueden amplificar la señal de entrada millones de veces, lo que permite registrar claramente señales con amplitudes iniciales de varios microvoltios. La ganancia y el ancho de banda de frecuencia suelen ser ajustables. Ejemplos de amplificadores de producción nacional incluyen UBP-1-03, UBF-4-03. Estos dispositivos se utilizan para potenciar los biopotenciales del cerebro y el corazón, así como las señales generadas por diversos sensores; En términos de características de salida, son fácilmente consistentes con la mayoría de las grabadoras domésticas.
Amplificadores de CC. Estos amplificadores no tienen condensadores de acoplamiento. Entre las distintas cascadas existe una conexión galvánica, por lo que el límite inferior de las frecuencias transmitidas llega a cero. En consecuencia, este tipo de amplificador puede amplificar vibraciones arbitrariamente lentas. En comparación con los amplificadores de CA, estos amplificadores tienen una ganancia significativamente menor. Por ejemplo, UBP-1-0.2 tiene una ganancia para corriente alterna de 2,5-1 0 6 y para corriente continua: 8 10 3. jto se debe al hecho de que en un amplificador de CC, a medida que aumenta la ganancia, la estabilidad de funcionamiento disminuye y aparece una deriva cero. Por tanto, se utilizan para amplificar señales cuya magnitud supera 1 mV (por ejemplo, el potencial de membrana de neuronas, fibras musculares y nerviosas, etc.).
DISPOSITIVOS DE GRABACIÓN (GRABADORES) DE USO GENERAL
Los registradores son necesarios para transformar los potenciales eléctricos que les llegan desde los electrodos o sensores de salida (normalmente tras la necesaria amplificación) en procesos percibidos por nuestros sentidos. Los registradores pueden transformar y representar el proceso o función en estudio de diversas formas, por ejemplo, en la desviación de un instrumento de medición, visualización digital, desviación del haz en la pantalla de un osciloscopio, grabación gráfica en papel, cinta fotográfica o magnética, así como en en forma de señales luminosas o sonoras, etc.
En la mayoría de los tipos de registradores, los elementos principales son: un convertidor de energía de oscilaciones de potenciales eléctricos en mecánico (galvanómetro, vibrador), un instrumento de registro (un bolígrafo con tinta, un chorro de tinta, una varilla de escritura, un haz de electrones , etc.) y un mecanismo para desarrollar el proceso en el tiempo (mecanismo de cinta, barrido electrónico). Además, los registradores modernos pueden contener una serie de unidades y sistemas auxiliares, como interruptores, amplificadores, calibradores de ganancia y tiempo, sistemas ópticos para fotografía, etc.
En los equipos de registro médico, los más utilizados son tres tipos de convertidores, creados sobre la base de tres principios diferentes de transformación de la energía de las oscilaciones de potenciales eléctricos.
1. El uso de fuerza que actúa sobre un conductor portador de corriente o ferroimán en un campo magnético. Sobre la base de este principio, se diseñan varios sistemas de galvanómetros y vibradores, que se utilizan en osciloscopios (registradores) de bucle y de escritura con tinta.
2. Utilizar la desviación del flujo de electrones (haz de electrones) en un campo eléctrico y electromagnético. Este principio se implementa utilizando tubos de rayos catódicos, que son la parte principal de los osciloscopios electrónicos (cátodos).
3. Utilizar la propiedad de los materiales ferromagnéticos de magnetizarse bajo la influencia de un campo magnético y mantener esta estado. Según este principio se diseñan varios tipos de grabadoras y magnetógrafos.
Galvanómetros y vibradores. Estos dispositivos tienen el mismo principio de funcionamiento, pero difieren en diseño y, por lo tanto, difieren significativamente entre sí en sensibilidad, inercia y capacidad para reproducir señales de diferentes frecuencias. Existen galvanómetros y vibradores de los sistemas magnetoeléctricos y electromagnéticos.
sistema magnetoeléctrico La conversión de señales eléctricas en un efecto mecánico se logra mediante el movimiento de un conductor (a través del cual fluye una corriente eléctrica) en un campo magnético constante. El conductor de corriente eléctrica puede tener la forma de una cuerda delgada, un bucle o un marco de varias vueltas. Se utiliza un marco de múltiples vueltas para diseñar vibradores magnetoeléctricos.
En galvanómetros (vibradores) sistema electromagnético Campo magnético en el que se coloca un ferroimán. 8, creado por un imán permanente 1 y bobinado especial 4. Este devanado, cuando una corriente eléctrica lo atraviesa, crea un campo electromagnético, cuyas propiedades están determinadas por la dirección de la fuerza de la corriente que pasa a través del devanado. Cuando estos campos interactúan, se crea un par bajo cuya influencia se mueve la armadura ferromagnética.
El uso de diversos sistemas capaces de visualizar el movimiento de los elementos móviles de los galvanómetros (vibradores) permite diseñar varios tipos de registradores, por ejemplo, galvanómetros de cuerda, galvanómetros de espejo, osciloscopios de bucle, registradores con registro directamente visible (pluma, chorro de tinta, fotocopiadora, térmica, impresa, etc.).
Galvanómetro de cuerda. En estos dispositivos, la dirección del movimiento de una cuerda en un campo magnético fuerte está determinada por la dirección de la corriente que se le aplica, y la cantidad de movimiento está determinada por la fuerza de la corriente que la atraviesa. Las vibraciones de la cuerda se pueden proyectar en una pantalla mediante un sistema óptico y, para grabar, en papel fotográfico o película en movimiento.
Los galvanómetros de cuerda tienen una inercia relativamente baja; sus modelos avanzados son capaces de reproducir señales con frecuencias de hasta 1000 Hz. Su sensibilidad depende de la magnitud del campo magnético y de las propiedades de la cuerda (elasticidad y diámetro). Cuanto más delgada sea la cuerda (2-5 micras) y más fuerte sea el campo magnético, mayor será la sensibilidad del galvanómetro de cuerda. Muchos galvanómetros de cuerda son tan sensibles que pueden usarse sin amplificadores. Anteriormente se utilizaban para registrar electrocardiogramas y potenciales de membrana celular.
Galvanómetro de espejo. Si coloca un pequeño espejo de luz en un bucle o marco de varias vueltas 6, luego, cuando pase la corriente, se moverá junto con el bucle o marco (la dirección del movimiento en la Fig. 14 se muestra con una flecha). Se dirige un haz de luz hacia el espejo usando un iluminador, y el haz reflejado (conejito) se proyecta sobre una pantalla translúcida, usando una escala para juzgar la dirección y magnitud de la desviación del haz reflejado. En este caso, los galvanómetros de espejo se pueden utilizar como dispositivos de registro independientes.
Actualmente, los galvanómetros de espejo se utilizan como dispositivos de salida en los llamados Osciloscopios de bucle.
Para registrar y monitorear el progreso en estudio, los osciloscopios de bucle utilizan un sistema óptico especial. . De la lámpara iluminadora 1 haz de luz a través de la lente 2 y el diafragma 3 usando un espejo 4 se dirige al espejo del galvanómetro 5 y a la lente 6 se divide en dos paquetes. La lente 7 enfoca un haz de luz sobre la superficie del papel fotográfico en movimiento (película), que es arrastrado por un mecanismo de cinta. 8. Segundo haz utilizando una lente cilíndrica - prisma 9 se dirige a un tambor de espejo giratorio multifacético 10 y, reflejándose en él, cae sobre la pantalla mate. 11. Debido a la rotación del tambor del espejo, el proceso en estudio se muestra en la pantalla y se utiliza para la observación visual.
La combinación de galvanómetros de cuerda y espejo con sistemas ópticos permite registrar los procesos en estudio mediante el método fotográfico o el método de registro ultravioleta. Este último permite obtener una grabación visible unos segundos después de la exposición sin revelado.
Grabadores con grabación directamente visible. En los registradores de este tipo, los convertidores de señales eléctricas son vibradores magnetoeléctricos (de marco) o electromagnéticos, en cuyos elementos móviles, en lugar de un espejo, se colocan varios instrumentos de grabación.
Registradores de tinta. Este tipo de dispositivo se utiliza ampliamente para registrar funciones fisiológicas. En ellos, la pluma 5 está montada sobre un marco o armadura ferromagnética 2, que se encuentran en el campo magnético. 1 . La pluma está conectada por un tubo elástico. 4 con tanque de tinta 3. El proceso en estudio se registra en cinta de papel. 6. Los registradores de tinta son fáciles de usar y muy adecuados para resolver muchos problemas. Se utilizan con éxito en electroencefalógrafos, electrocardiógrafos, electrogastrografos y otros dispositivos. Sin embargo, los grabadores con bolígrafo de tinta tienen una serie de desventajas importantes. Son inerciales y no permiten registrar vibraciones eléctricas con una frecuencia superior a 150 Hz. En este sentido, no son adecuados, por ejemplo, para registrar procesos rápidos, como las biocorrientes de nervios y células nerviosas, etc. Además, la grabación con bolígrafo (sin corrección especial) introduce distorsiones radiales en el proceso en estudio, provocadas por por el movimiento arqueado del lápiz sobre el papel.
Método de registro de inyección de tinta. Este método se basa en hacer pasar un chorro de tinta bajo una presión de 20 kg/cm2 a través de un capilar (de 5 a 8 micras de diámetro), montado sobre un vibrador: la tinta, al caer sobre una cinta de papel en movimiento, deja una huella en forma de una curva del proceso en estudio.
El método de grabación por inyección de tinta es muy sensible y tiene baja inercia. Le permite combinar la comodidad de la grabación visible con la capacidad de grabar señales eléctricas en un amplio rango de frecuencia (de 0 a 1500 Hz). Sin embargo, estas grabadoras requieren el uso de tintas especiales de muy alta calidad (uniformidad de composición).
En todos los grabadores con grabación directamente visible, la velocidad de movimiento del soporte de grabación (papel) se determina mediante escaneo mecánico y no supera los 200 mm/s, mientras que el despliegue de procesos rápidos requiere altas velocidades de grabación, lo que se logra mediante escaneo electrónico. en osciloscopios catódicos.
Osciloscopios electrónicos (cátodos). Estos son dispositivos de grabación universales. Prácticamente no tienen inercia y, gracias a la presencia de amplificadores, tienen una alta sensibilidad. Estos dispositivos le permiten estudiar y registrar oscilaciones lentas y rápidas de potenciales eléctricos con una amplitud de hasta 1 μV o menos. El dispositivo de grabación de salida del osciloscopio catódico es tubo de rayos catódicos con desviación electrostática o electromagnética del haz de electrones.
El principio de funcionamiento de un tubo de rayos catódicos es la interacción de una corriente de electrones emitidos por el cátodo y enfocados por un sistema de lentes electrónicas con el campo electrostático o electromagnético de los electrodos deflectores.
Un tubo de rayos catódicos consta de un recipiente de vidrio, en cuyo interior, en alto vacío, se encuentra una fuente de electrones y un sistema de electrodos (guías, enfocadores y deflectores) que controlan el haz de electrones.
La fuente de electrones es el cátodo. 2, filamento calentado 1. Electrones cargados negativamente a través de la rejilla de control. 3 atraído por un sistema de ánodos cargados positivamente 4, 5 Y 6. En este caso, se forma un haz de electrones a partir de electrones, que pasa entre la vertical 7 y la horizontal. 8 placas de desviación y se dirige a la pantalla 9, recubierta con fósforo (una sustancia que tiene la capacidad de brillar al interactuar con electrones). Rejilla de control 3 tiene un potencial negativo en relación con el cátodo, cuyo valor está regulado por un potenciómetro 10. Al cambiar (usando un potenciómetro) el potencial de la red, cambia la densidad del flujo de electrones en el haz de electrones y, en consecuencia, el brillo del haz en la pantalla. El haz de electrones se enfoca mediante un potenciómetro. 10 , es decir, debido a un cambio en el potencial positivo en el segundo ánodo 5.
Las placas de desviación horizontal y vertical controlan el movimiento del haz eléctrico en los planos horizontal y vertical, respectivamente, para lo cual se les suministran potenciales desde amplificadores horizontales. (b,x1 Y x2) y verticales (a,y 1 Y y 2) deflexión del haz. Si se aplica un voltaje en forma de diente de sierra a las placas de desviación horizontal, el haz del osciloscopio se moverá en el plano horizontal de izquierda a derecha. Al cambiar el modo de funcionamiento del generador de voltaje en forma de diente de sierra, puede ajustar la velocidad de barrido, es decir, la velocidad a la que el haz pasa por la pantalla del osciloscopio. Esto es necesario porque los procesos (señales) en estudio tienen diferentes parámetros de tiempo-frecuencia.
El proceso en estudio (señal) generalmente se alimenta a placas de desviación verticales, que mueven el haz hacia arriba o hacia abajo, dependiendo del signo y la magnitud del voltaje que se les aplica. Por tanto, los potenciales aplicados a las placas controlan el movimiento de la viga a lo largo de la horizontal ( X) y vertical ( en) ejes, es decir, que desarrollan el proceso en estudio.
El registro de los procesos en estudio desde la pantalla de un osciloscopio catódico se realiza fotográficamente mediante cámaras de luz o cámaras especiales.
Magnetógrafos. Grabar procesos eléctricos en cinta ferromagnética es conveniente porque la información registrada de esta manera se puede almacenar durante mucho tiempo y reproducir muchas veces. Con la ayuda de varias grabadoras, se puede convertir en un registro visible con diferentes escalas de escaneo. Esta información se puede procesar una vez finalizado el experimento utilizando varios dispositivos automáticos y ordenadores electrónicos. Los magnetógrafos también permiten registrar el protocolo experimental.
MÁQUINAS DE INFORMÁTICA ELECTRÓNICA
En las condiciones modernas, las computadoras son una parte integral de los laboratorios de investigación, ya que las computadoras electrónicas aumentan significativamente la eficiencia de los investigadores. Los datos sobre el proceso en estudio se pueden ingresar de varias maneras: manualmente (cuando se calculan previamente los parámetros de amplitud y tiempo, por ejemplo, los electrocardiogramas se ingresan desde el teclado de la computadora ) o desde un medio de almacenamiento intermedio (por ejemplo, desde una tarjeta perforada o una cinta perforada en la que se codifica la información).
Sin embargo, lo más conveniente y económico es ingresar información en una computadora usando un dispositivo especial: un convertidor de amplitud a digital (ADC). Un convertidor de amplitud-digital transforma los parámetros de amplitud-tiempo del proceso en estudio (por ejemplo, la amplitud y duración de varios componentes del ECG) en un código digital, que es percibido, analizado y procesado por un procesador de computadora. La información procesada matemáticamente (según programas determinados) en una computadora se puede presentar de varias formas: en forma de tabla impresa en un dispositivo de impresión digital; en forma de gráfico construido por un trazador; como imagen en una pantalla o en otra forma. Al mismo tiempo, el investigador se libera del trabajo rutinario no sólo de medición, cálculo y análisis matemático de los resultados, sino también de la necesidad de compilar tablas y dibujar gráficos.
DISPOSITIVOS PARA USOS ESPECIALES
Los dispositivos especiales suelen estar diseñados para registrar una única función o proceso, por ejemplo, un electrocardiograma, electroencefalograma, electrogastrograma, etc. Estos equipos especializados suelen ser compactos, fáciles de operar y convenientes para estudios clínicos. Consta de varios bloques (sistemas) de uso general, por lo que el conocimiento de la estructura fundamental de los bloques individuales facilita la comprensión del funcionamiento de los dispositivos de propósito especial. La estructura general de un dispositivo para fines especiales incluye electrodos o un sensor, un interruptor, un amplificador, un registrador y una fuente de alimentación. Se lleva a cabo un conocimiento más detallado de cada dispositivo utilizando las instrucciones de funcionamiento suministradas con el dispositivo.
Estimuladores eléctricos. Para la estimulación eléctrica de objetos biológicos se utilizaban hasta mediados de este siglo bobinas de inducción, que ahora han sido completamente reemplazadas. estimuladores eléctricos. Un estimulador eléctrico es uno de los dispositivos más comunes y necesarios. Proporciona condiciones óptimas para la irritación de los tejidos (con un trauma mínimo durante la estimulación prolongada) y es cómodo de usar.
Para fines de investigación, es aconsejable utilizar un estimulador que, dependiendo de las condiciones experimentales, puede servir tanto generador de corriente, o generador de voltaje. La resistencia interna del dispositivo de salida de dicho estimulador se puede cambiar de acuerdo con los objetivos del experimento. Debe ser entre 30 y 40 veces mayor que la resistencia del objeto de investigación (cuando se opera en el modo "generador de corriente") o la misma cantidad de veces menor (en el modo "generador de voltaje"). Sin embargo, estos estimuladores universales son complejos y engorrosos, por lo que en un taller fisiológico es mejor utilizar dispositivos más simples.
El estimulador consta de varios bloques (cascadas), cuya finalidad fundamental no depende del tipo de estimulador. Consideremos el propósito de las cascadas individuales del estimulador y los órganos de control asociados con ellos usando el ejemplo del estimulador fisiológico pulsado SIF-5.
El generador de frecuencia de repetición de pulsos (oscilador maestro) a menudo se diseña utilizando un circuito multivibrador; Puede funcionar en modo de espera y continuo. Cuando funciona en modo de espera, el oscilador maestro puede generar pulsos o cuando se presiona el botón "Inicio" 9, o cuando se suministran señales de activación a la entrada del multivibrador desde otra fuente de pulso. En el primer caso, solo se genera un pulso, en el segundo, la frecuencia de los pulsos corresponderá a la frecuencia de las señales de activación. Durante el funcionamiento continuo 8 El oscilador maestro del estimulador genera impulsos continuamente, cuya frecuencia puede variar desde fracciones de hercio hasta varios cientos de hercios.
Los pulsos del oscilador maestro se envían a la siguiente etapa del estimulador: la etapa de retardo, y también se pueden usar para activar el barrido del osciloscopio (pulso de sincronización 10), En la etapa de retraso 2 El pulso del oscilador maestro se puede retrasar durante un período de 1 a 1000 ms. La cascada de retardo permite (por ejemplo, al estudiar potenciales evocados) establecer el potencial en la pantalla del osciloscopio en un lugar conveniente para la grabación, independientemente de la velocidad de barrido del osciloscopio.
Los pulsos de la cascada de retardo se pueden utilizar para activar otros estimuladores si se utilizan varios estimuladores en el experimento y es necesario sincronizar su funcionamiento. Además, se suministran pulsos desde la etapa de retardo a la entrada de la etapa de generación de señal de salida. En esta cascada se forman pulsos de forma rectangular (u otra) con una determinada duración. 3, Luego se transmiten a un amplificador de potencia, que permite ajustar su amplitud. 4.
Desde la salida del estimulador 5 a través de cables de conexión y electrodos estimulantes, se transmiten pulsos de la forma, duración y amplitud requeridas al objeto de estudio. Polaridad de salida 6 puede ser cambiado. Para reducir los artefactos de estimulación, algunos tipos de estimuladores tienen transformadores de aislamiento 7, otros tienen dispositivos de salida de alta frecuencia.
También se utilizan estimulantes de otros tipos con fines educativos y de investigación, por ejemplo, NSE-01, EST-10A, IS-01, etc.
Además de los estimuladores de pulso, los experimentos fisiológicos utilizan foto- Y fonoestimuladores. Su diseño es en muchos aspectos fundamentalmente similar al de un estimulador de pulso. La diferencia está principalmente en la estructura. bloque de salida, generando señales luminosas en un fotoestimulador o señales sonoras en un fonoestimulador.
Ergómetros. Para crear una carga funcional en órganos, sistemas individuales y el cuerpo en su conjunto, se utilizan ampliamente. ergómetros varios tipos. Le permiten crear una carga funcional local o general, dosificar y determinar su valor. Los dispositivos más comunes de este tipo son ergógrafo de dedo, bicicleta ergómetro Y rueda de andar. Hay cintas de correr (cintas de correr) y para los animales.
Cámaras. Las cámaras para diversos fines se utilizan ampliamente para crear ciertas condiciones para el objeto de estudio. Existir cámaras insonorizadas, cámaras térmicas, cámaras hiperbáricas con alta y baja presión, cámaras con instalaciones de haz y sonido etc. Actualmente se han diseñado cámaras que permiten crear microclima artificial y estudiar las reacciones del objeto de investigación ante diversas influencias.
REGLAS BÁSICAS PARA LA OPERACIÓN DE EQUIPOS ELECTRÓNICOS
Además de las reglas generales para el manejo del equipo, en cada caso individual es necesario primero familiarizarse con las reglas para operar un dispositivo desconocido y solo luego comenzar a trabajar con él. Esto es de particular importancia en el entorno clínico, ya que algunos dispositivos, con un manejo inadecuado, representan un peligro para el paciente (un dispositivo para estudiar la excitabilidad de los nervios y músculos, un pulsador eléctrico y varios otros). Las reglas básicas son las siguientes.
Antes de conectar el dispositivo a la red es necesario: 1) asegurarse de que el voltaje de la red corresponda al voltaje para el cual está diseñado el dispositivo o para el cual está conectado actualmente su transformador de potencia; 2) conectar a tierra el dispositivo, es decir conectar el terminal (o toma de tierra) al bus del circuito de tierra o a la red de suministro de agua (en ningún caso los dispositivos deben conectarse a tierra a elementos de cableado de gas); 3) comprobar todos los cables de alimentación (el aislamiento está en buenas condiciones y los enchufes están presentes); está estrictamente prohibido enchufar los extremos pelados de los cables en las tomas de corriente; 4) comprobar los cables destinados a conectar dispositivos y trazar un circuito de trabajo (no deben tener lugares sin aislamiento); 5) verifique los interruptores de palanca y otros interruptores de red de todos los dispositivos; deben estar en la posición "apagado".
Los dispositivos deben conectarse a la red mediante interruptores ubicados en los dispositivos.
Después de encender los dispositivos, debe: 1) verificar mediante los indicadores luminosos si todos los dispositivos han recibido energía (si el indicador no se enciende, debe comunicarse con el maestro y determinar conjuntamente la causa del mal funcionamiento; la mayoría de las veces esto se debe a el fusible fundido del aparato o la bombilla del intermitente); 2) recuerde que los dispositivos electrónicos de tubo comienzan a funcionar de manera estable solo después de un precalentamiento durante 15 a 30 minutos; para la mayoría de los dispositivos de transistores, este período es de 2 a 5 minutos.
Trabajo 1
Sujeto: “Prueba de cargas en un experimento fisiológico”
Objetivo: estudia los métodos de prueba más conocidos y los modelos y pruebas combinados utilizados para estudiar la resistencia física en animales de laboratorio, la estabilidad emocional y la ansiedad.
Preguntas para el autoestudio
1. Condiciones y procedimiento de evaluación del rendimiento submáximo (test RWC 170).
2. Pruebas de resistencia física en animales de laboratorio (correr en cinta, nadar). Significado.
3. Pruebe "Campo abierto". Su descripción y significado.
4. La esencia de la prueba multiparamétrica, su descripción.
Literatura
Trabajo 2
Sujeto: “Equipos y métodos para el estudio de funciones electrofisiológicas”
Objetivo: familiarizarse con las condiciones y tendencias en el surgimiento y desarrollo de la electrofisiología, presentando el alcance del uso práctico de los equipos. Estudio de métodos electrofisiológicos.
Preguntas para el autoestudio
1. Materia y cometidos de la electrofisiología.
2. El surgimiento y primeros pasos de la electrofisiología.
3. Áreas de uso práctico de la electrofisiología.
4. Esquemas de conexiones entre dispositivos y objetos de estudio.
5. Equipos electrónicos y reglas para el funcionamiento de equipos electrónicos.
6. Métodos electrofisiológicos (asignación y registro de biopotenciales extracelulares e intracelulares, método de potenciales evocados, electroencefalografía, electrocarunografía.
Literatura
1. Batuev A.S. Mayor actividad nerviosa. M., 1991
2. Gran taller sobre fisiología humana y animal. / Ed. LICENCIADO EN LETRAS. Kudryashova - M.: Escuela Superior, 1984.
3. Guminsky A.A., Leontyeva N.N., Marinova K.V. Guía de ejercicios de laboratorio en fisiología general. – M.: Educación, 1990.
4. Pequeño taller de fisiología humana y animal. / Ed. COMO. Batueva - San Petersburgo: Editorial de la Universidad Estatal de San Petersburgo, 2001.
5. Métodos y experimentos básicos para el estudio del cerebro y la conducta. J. Buresh, O. Bureshiva, D. Houston / Traducción del inglés. – M.: Escuela Superior, 1991.
6. Métodos de investigación en psicofisiología. / Ed. COMO. Batueva - San Petersburgo, 1994
7. Métodos de neurofisiología clínica. / Ed. V. B. Grechina - L., 1977
8. Curso general de fisiología humana y animal. En 2 T. / Ed. INFIERNO. Nozdracheva - M., 1991
9. Taller de fisiología normal. / Ed. SOBRE EL. Agadzhanyan - M.: Editorial RUDN, 1996.
Trabajo 3
Sujeto: “Técnicas metodológicas utilizadas al realizar un experimento crónico”
Objetivo: estudia las cuestiones teóricas básicas relacionadas con las técnicas operativas practicadas en fisiología experimental.
Preguntas para el autoestudio
1. Condiciones.
2. Colocación de fístulas. Técnica de aplicación de varios tipos de suturas.
3. Anastomosis heterogéneas nerviosas, neuromusculares, neurovasculares y neuroglandulares.
4. Perfusión de tejidos y órganos.
5. Canulación.
6. Introducción de átomos marcados y sustratos biológicos.
7. Tomografía por emisión de positrones.
Literatura
1. Batuev A.S. Mayor actividad nerviosa. M., 1991
2. Gran taller sobre fisiología humana y animal. / Ed. LICENCIADO EN LETRAS. Kudryashova - M.: Escuela Superior, 1984.
3. Guminsky A.A., Leontyeva N.N., Marinova K.V. Guía de ejercicios de laboratorio en fisiología general. – M.: Educación, 1990.
4. Pequeño taller de fisiología humana y animal. / Ed. COMO. Batueva - San Petersburgo: Editorial de la Universidad Estatal de San Petersburgo, 2001.
5. Métodos y experimentos básicos para el estudio del cerebro y la conducta. J. Buresh, O. Bureshiva, D. Houston / Traducción del inglés. – M.: Escuela Superior, 1991.
6. Métodos de investigación en psicofisiología. / Ed. COMO. Batueva - San Petersburgo, 1994
7. Métodos de neurofisiología clínica. / Ed. V. B. Grechina - L., 1977
8. Curso general de fisiología humana y animal. En 2 T. / Ed. INFIERNO. Nozdracheva - M., 1991
9. Taller de fisiología normal. / Ed. SOBRE EL. Agadzhanyan - M.: Editorial RUDN, 1996.
Trabajo 4
Sujeto: “Métodos electrofisiológicos”
Preguntas para el autoestudio
1. Historia del estudio de los fenómenos bioeléctricos.
2. Generadores de corriente y tensión eléctrica.
3. Electrodos y
4. Dispositivos de grabación.
5. Tecnología de microelectrodos y producción de microelectrodos.
6. Instalación compleja universal fisiológica.
7. Técnica estereotáxica. Atlas estereotácticos.
Literatura
1. Batuev A.S. Mayor actividad nerviosa. M., 1991
2. Gran taller sobre fisiología humana y animal. / Ed. LICENCIADO EN LETRAS. Kudryashova - M.: Escuela Superior, 1984.
3. Guminsky A.A., Leontyeva N.N., Marinova K.V. Guía de ejercicios de laboratorio en fisiología general. – M.: Educación, 1990.
4. Pequeño taller de fisiología humana y animal. / Ed. COMO. Batueva - San Petersburgo: Editorial de la Universidad Estatal de San Petersburgo, 2001.
5. Métodos y experimentos básicos para el estudio del cerebro y la conducta. J. Buresh, O. Bureshiva, D. Houston / Traducción del inglés. – M.: Escuela Superior, 1991.
6. Métodos de investigación en psicofisiología. / Ed. COMO. Batueva - San Petersburgo, 1994
7. Métodos de neurofisiología clínica. / Ed. V. B. Grechina - L., 1977
8. Curso general de fisiología humana y animal. En 2 T. / Ed. INFIERNO. Nozdracheva - M., 1991
9. Taller de fisiología normal. / Ed. SOBRE EL. Agadzhanyan - M.: Editorial RUDN, 1996.
Trabajo 5
Sujeto: “Métodos bioquímicos e histoquímicos en fisiología”
Preguntas para el autoestudio
1. Mapeo químico del cerebro.
2. Métodos para identificar la localización de resistencias en las estructuras del sistema nervioso periférico.
3. Identificación de la localización de resistencias en las estructuras del sistema nervioso central.
4. Identificación de la localización de receptores en órganos diana.
5. Determinación de la actividad funcional de un órgano o sistema de órganos mediante la concentración de una hormona, neurohormona u otra sustancia biológicamente activa secretada.
Literatura
1. Batuev A.S. Mayor actividad nerviosa. M., 1991
2. Gran taller sobre fisiología humana y animal. / Ed. LICENCIADO EN LETRAS. Kudryashova - M.: Escuela Superior, 1984.
3. Guminsky A.A., Leontyeva N.N., Marinova K.V. Guía de ejercicios de laboratorio en fisiología general. – M.: Educación, 1990.
4. Pequeño taller de fisiología humana y animal. / Ed. COMO. Batueva - San Petersburgo: Editorial de la Universidad Estatal de San Petersburgo, 2001.
5. Métodos y experimentos básicos para el estudio del cerebro y la conducta. J. Buresh, O. Bureshiva, D. Houston / Traducción del inglés. – M.: Escuela Superior, 1991.
6. Métodos de investigación en psicofisiología. / Ed. COMO. Batueva - San Petersburgo, 1994
7. Métodos de neurofisiología clínica. / Ed. V. B. Grechina - L., 1977
8. Curso general de fisiología humana y animal. En 2 T. / Ed. INFIERNO. Nozdracheva - M., 1991
9. Taller de fisiología normal. / Ed. SOBRE EL. Agadzhanyan - M.: Editorial RUDN, 1996.
Trabajo 6
Sujeto: “Métodos histológicos y neuroanatómicos”
Preguntas para el autoestudio
1. Perfusión.
2. Extracción de cerebro.
3. Hacer bloques de tejido cerebral.
4. Realización de secciones.
5. Preparación de portaobjetos gelatinizados.
6. Secciones de montaje.
7. Fotografiar secciones sin teñir.
8. Colorear.
Literatura
1. Batuev A.S. Mayor actividad nerviosa. M., 1991
2. Gran taller sobre fisiología humana y animal. / Ed. LICENCIADO EN LETRAS. Kudryashova - M.: Escuela Superior, 1984.
3. Guminsky A.A., Leontyeva N.N., Marinova K.V. Guía de ejercicios de laboratorio en fisiología general. – M.: Educación, 1990.
4. Pequeño taller de fisiología humana y animal. / Ed. COMO. Batueva - San Petersburgo: Editorial de la Universidad Estatal de San Petersburgo, 2001.
5. Métodos y experimentos básicos para el estudio del cerebro y la conducta. J. Buresh, O. Bureshiva, D. Houston / Traducción del inglés. – M.: Escuela Superior, 1991.
6. Métodos de investigación en psicofisiología. / Ed. COMO. Batueva - San Petersburgo, 1994
7. Métodos de neurofisiología clínica. / Ed. V. B. Grechina - L., 1977
8. Curso general de fisiología humana y animal. En 2 T. / Ed. INFIERNO. Nozdracheva - M., 1991
9. Taller de fisiología normal. / Ed. SOBRE EL. Agadzhanyan - M.: Editorial RUDN, 1996.
Trabajo 7
Sujeto: “Estudio de diversos métodos y técnicas en el estudio de los sistemas somatosensoriales del cuerpo”
Preguntas para el autoestudio
1. Principios generales de inervación coordinada de los músculos.
2. Inervación recíproca de músculos antagonistas.
3. Animal espinal.
4. Arco reflejo monosimpático y polisimpático.
5. Apagado reversible del cerebelo en la rata.
6. Destrucción química de estructuras cerebrales.
7. Método de aspiración.
Literatura
1. Batuev A.S. Mayor actividad nerviosa. M., 1991
2. Gran taller sobre fisiología humana y animal. / Ed. LICENCIADO EN LETRAS. Kudryashova - M.: Escuela Superior, 1984.
3. Guminsky A.A., Leontyeva N.N., Marinova K.V. Guía de ejercicios de laboratorio en fisiología general. – M.: Educación, 1990.
4. Pequeño taller de fisiología humana y animal. / Ed. COMO. Batueva - San Petersburgo: Editorial de la Universidad Estatal de San Petersburgo, 2001.
5. Métodos y experimentos básicos para el estudio del cerebro y la conducta. J. Buresh, O. Bureshiva, D. Houston / Traducción del inglés. – M.: Escuela Superior, 1991.
6. Métodos de investigación en psicofisiología. / Ed. COMO. Batueva - San Petersburgo, 1994
7. Métodos de neurofisiología clínica. / Ed. V. B. Grechina - L., 1977
8. Curso general de fisiología humana y animal. En 2 T. / Ed. INFIERNO. Nozdracheva - M., 1991
9. Taller de fisiología normal. / Ed. SOBRE EL. Agadzhanyan - M.: Editorial RUDN, 1996.
Trabajo 8
Sujeto: “Estudio de diversos métodos y técnicas en el estudio de los sistemas viscerales del cuerpo”
Preguntas para el autoestudio
1. Registro del potencial de acción (PA) del miocardio gástrico y sus cambios tras la irritación del tronco vagosimpático.
2. Estudio de las influencias parasimpáticas y simpáticas sobre la fuerza y frecuencia de las contracciones del corazón.
3. Función autorreguladora del sistema nervioso intracardíaco.
4. Reflejos viscero-cardíacos.
5. Topografía y características anatómicas de las glándulas endocrinas de la rata.
6. El papel de las gónadas en la regulación de los caracteres sexuales secundarios.
7. Determinación bioquímica e inmunoenzimática del nivel de hormonas corticosteroides en fluidos biológicos de ratas y humanos.
Literatura
1. Batuev A.S. Mayor actividad nerviosa. M., 1991
2. Gran taller sobre fisiología humana y animal. / Ed. LICENCIADO EN LETRAS. Kudryashova - M.: Escuela Superior, 1984.
3. Guminsky A.A., Leontyeva N.N., Marinova K.V. Guía de ejercicios de laboratorio en fisiología general. – M.: Educación, 1990.
4. Pequeño taller de fisiología humana y animal. / Ed. COMO. Batueva - San Petersburgo: Editorial de la Universidad Estatal de San Petersburgo, 2001.
5. Métodos y experimentos básicos para el estudio del cerebro y la conducta. J. Buresh, O. Bureshiva, D. Houston / Traducción del inglés. – M.: Escuela Superior, 1991.
6. Métodos de investigación en psicofisiología. / Ed. COMO. Batueva - San Petersburgo, 1994
7. Métodos de neurofisiología clínica. / Ed. V. B. Grechina - L., 1977
8. Curso general de fisiología humana y animal. En 2 T. / Ed. INFIERNO. Nozdracheva - M., 1991
9. Taller de fisiología normal. / Ed. SOBRE EL. Agadzhanyan - M.: Editorial RUDN, 1996.
Trabajo 9
Sujeto: “Métodos para estudiar la actividad nerviosa superior”
Preguntas para el autoestudio
1. Método de desarrollo de reflejos condicionados.
2. Métodos clásicos y operantes para desarrollar reflejos condicionados.
3. Métodos de estudio de la memoria a corto y largo plazo.
4. Pruebas neurológicas en ratas.
5. Medir la estructura del comportamiento.
6. Desarrollo de reflejos condicionados instrumentales.
7. Métodos estadísticos utilizados en fisiología.
Literatura
1. Batuev A.S. Mayor actividad nerviosa. M., 1991
2. Gran taller sobre fisiología humana y animal. / Ed. LICENCIADO EN LETRAS. Kudryashova - M.: Escuela Superior, 1984.
3. Guminsky A.A., Leontyeva N.N., Marinova K.V. Guía de ejercicios de laboratorio en fisiología general. – M.: Educación, 1990.
4. Pequeño taller de fisiología humana y animal. / Ed. COMO. Batueva - San Petersburgo: Editorial de la Universidad Estatal de San Petersburgo, 2001.
5. Métodos y experimentos básicos para el estudio del cerebro y la conducta. J. Buresh, O. Bureshiva, D. Houston / Traducción del inglés. – M.: Escuela Superior, 1991.
6. Métodos de investigación en psicofisiología. / Ed. COMO. Batueva - San Petersburgo, 1994
7. Métodos de neurofisiología clínica. / Ed. V. B. Grechina - L., 1977
8. Curso general de fisiología humana y animal. En 2 T. / Ed. INFIERNO. Nozdracheva - M., 1991
9. Taller de fisiología normal. / Ed. SOBRE EL. Agadzhanyan - M.: Editorial RUDN, 1996.
La fisiología surgió como una ciencia independiente en el siglo XV gracias a las investigaciones de Harvey y otros científicos naturales y, desde finales del siglo XV y principios del XVI, el método principal en el campo de la fisiología fue el método experimental. El método de observación es el más antiguo, originado por el Dr. Grecia, estaba bien desarrollada en Egipto, según el dr. Oriente, en el Tíbet, en China. La esencia de este método es la observación a largo plazo de los cambios en las funciones y condiciones del cuerpo, registrando estas observaciones y, si es posible, comparando las observaciones visuales con los cambios en el cuerpo después de la autopsia. Hipócrates también incluyó la naturaleza del comportamiento entre los signos observables. Gracias a sus atentas observaciones, formuló la doctrina del temperamento. El método de observación se utiliza ampliamente en fisiología (especialmente en psicofisiología) y actualmente el método de observación se combina con el método de experimento crónico.
Método experimental. Un experimento fisiológico, a diferencia de una simple observación, es una intervención específica en el funcionamiento actual del cuerpo, diseñada para aclarar la naturaleza y las propiedades de sus funciones, sus relaciones con otras funciones y con factores ambientales. Además, la intervención a menudo requiere una preparación quirúrgica del animal, que puede tener: 1) formas agudas (vivisección, de la palabra vivo - vivo, sekcia - sec, es decir, corte de una persona viva), 2) formas crónicas (experimental-quirúrgicas). En este sentido, el experimento se divide en 2 tipos: agudo (vivisección) y crónico. La vivisección es una forma de experimentación realizada sobre un animal inmovilizado. La vivisección se utilizó por primera vez en la Edad Media, pero comenzó a introducirse ampliamente en la ciencia fisiológica durante el Renacimiento (siglos XV-XVII). En ese momento se desconocía la anestesia y el animal fue fijado rígidamente por 4 extremidades, mientras sufría tortura. Esta fue la razón del surgimiento de grupos y movimientos filosóficos. Animalismo (tendencias que promueven el trato humano a los animales y abogan por el fin de la crueldad hacia los animales; actualmente se promueve el animalismo), vitalismo (abogaba por que no se llevaran a cabo experimentos en animales no anestesiados y voluntarios), mecanicismo (procesos identificados que ocurren correctamente en animales con procesos en la naturaleza inanimada, un destacado representante del mecanicismo fue el físico, mecánico y fisiólogo francés René Descartes), antropocentrismo. A partir del siglo XIX, la anestesia comenzó a utilizarse en experimentos agudos. Esto condujo a una interrupción de los procesos regulatorios por parte de los procesos superiores del sistema nervioso central, como resultado de lo cual se altera la integridad de la respuesta del cuerpo y su conexión con el entorno externo. Este uso de anestesia e intervención quirúrgica durante la vivisección introduce parámetros incontrolados en un experimento agudo que son difíciles de tener en cuenta y predecir.
Un experimento agudo, como cualquier método experimental, tiene sus ventajas:
1) vivisección: uno de los métodos analíticos que permite simular diferentes situacionesSeminario
2) la vivisección permite obtener resultados en un tiempo relativamente corto. defectos:
1) en un experimento agudo, la conciencia se apaga cuando se administra anestesia y, en consecuencia, se altera la integridad de la respuesta del cuerpo;
2) la conexión entre el cuerpo y el medio ambiente se altera cuando se utiliza anestesia;
3) en ausencia de anestesia, se liberan hormonas del estrés y sustancias endógenas (producidas dentro del cuerpo) similares a la morfina, endorfinas, que tienen un efecto analgésico inadecuado para el estado fisiológico normal.
Experimento crónico: observación a largo plazo después de una intervención aguda y restauración de las relaciones con el medio ambiente. Ventajas de un experimento crónico: el cuerpo está lo más cerca posible de las condiciones de existencia intensiva. Algunos fisiólogos consideran que la desventaja de un experimento crónico es que los resultados se obtienen durante un período de tiempo relativamente largo. En un experimento crónico, se utilizan una serie de técnicas y enfoques metodológicos.
1. Métodos electrofisiológicos.
2. Método de aplicación de fístulas a órganos huecos y órganos con conductos excretores.
El fundador del método de la fístula fue Basov, sin embargo, al aplicar una fístula con su método, el contenido del estómago ingresaba al tubo de ensayo junto con los jugos digestivos, lo que dificultaba el estudio de la composición del jugo gástrico, las etapas de la digestión. la velocidad del proceso de digestión y la calidad del jugo gástrico separado para diferentes composiciones de alimentos. Las fístulas se pueden colocar en el estómago, conductos de las glándulas salivales, intestinos, esófago, etc. La diferencia entre la fístula de Pavlov y la de Basov es que Pavlov colocó la fístula en un “pequeño ventrículo”, hecho quirúrgicamente artificialmente y preservando la regulación digestiva y humoral. Esto permitió a Pavlov identificar no solo la composición cualitativa y cuantitativa del jugo gástrico de los alimentos ingeridos, sino también los mecanismos de regulación nerviosa y humoral de la digestión en el estómago. Por su trabajo en el campo de la digestión, Pavlov recibió el Premio Nobel.
3. Anastenosis neurovasculares o neuromusculares heterogéneas. Se trata de un cambio en el órgano efector en la regulación nerviosa de las funciones determinada genéticamente. La realización de tales anastenosis permite identificar la ausencia o presencia de plasticidad de neuronas o centros nerviosos en la regulación de funciones. En las anastenosis neurovasculares, los órganos efectores son los vasos sanguíneos y los quimio y barorreceptores ubicados en ellos, respectivamente.
4. Trasplante de órganos diversos. Reimplantación y extirpación de órganos o diversas partes del cerebro (extirpación). Como resultado de la extirpación de un órgano se crea una hipofunción de una u otra glándula, como resultado de la reimplantación se crea una situación de hiperfunción o exceso de hormonas de una u otra glándula. La extirpación de varias partes del cerebro y de la corteza cerebral revela las funciones de estas partes. Por ejemplo, cuando se extirpó el cerebelo, se reveló su papel en la regulación del movimiento, el mantenimiento de la postura y los reflejos estatocinéticos. La eliminación de diferentes áreas de la corteza cerebral permitió a Brodmann dividir la corteza en 52 campos.
5. Método de sección transversal del cerebro y la médula espinal. Nos permite identificar la importancia funcional de cada departamento del sistema nervioso central en la regulación de las funciones somáticas y viscerales del cuerpo, así como en la regulación del comportamiento.
6. Implantación de electrodos en diversas partes del cerebro. Le permite identificar la actividad y el significado funcional de una estructura nerviosa particular en la regulación de las funciones corporales (funciones motoras, funciones viscerales y mentales). Los electrodos implantados en el cerebro están hechos de materiales inertes (es decir, deben ser intoxicantes): platino, plata, paladio. Los electrodos permiten no sólo identificar la función de un área en particular, sino también, por el contrario, registrar en qué parte del cerebro aparece un potencial (VT) en respuesta a determinadas funciones funcionales. La tecnología de microelectrodos brinda a la persona la oportunidad de estudiar los fundamentos fisiológicos de la psique y el comportamiento.
7. Implantación de cánulas (micro). La perfusión es el paso de soluciones de diversas composiciones químicas a través de nuestro componente o la presencia en él de metabolitos (glucosa, PVC, ácido láctico) o el contenido de sustancias biológicamente activas (hormonas, neurohormonas, endorfinas, encefalinas, etc.). La cánula permite inyectar soluciones con diferentes contenidos en una u otra zona del cerebro y observar cambios en la actividad funcional del sistema motor, órganos internos o del comportamiento, actividad psicológica.
8. Introducción de átomos marcados y posterior observación en tomógrafo por emisión de positrones (PET). La mayoría de las veces se administra auroglucosa marcada con oro (oro + glucosa). Según la expresión figurativa de Greene, el donante de energía universal en todos los sistemas vivos es el ATP, y durante la síntesis y resíntesis de ATP, el principal sustrato energético es la glucosa (la resíntesis de ATP también puede ocurrir a partir de fosfato de creatina). Por tanto, la cantidad de glucosa consumida se utiliza para juzgar la actividad funcional de una determinada parte del cerebro, su actividad sintética. La glucosa es consumida por las células, pero el oro no se utiliza y se acumula en esta zona. La actividad sintética y funcional se juzga por los diferentes oros activos y su cantidad.
9. Métodos estereotácticos. Se trata de métodos en los que se realizan operaciones quirúrgicas para implantar electrodos en una determinada zona del cerebro de acuerdo con el atlas estereotáctico del cerebro, seguido del registro de los biopotenciales rápidos y lentos asignados, con el registro de los potenciales evocados, así como registro de EEG y miograma.
10. Métodos bioquímicos. Se trata de un gran grupo de técnicas con las que se determina el nivel de cationes, aniones, elementos no ionizados (macro y microelementos), sustancias energéticas, enzimas, sustancias biológicamente activas (hormonas, etc.) en los líquidos y tejidos circulantes. y, a veces, órganos. Estos métodos se aplican in vivo (en incubadoras) o en tejidos que continúan secretando y sintetizando sustancias producidas en el medio de incubación. Los métodos bioquímicos permiten evaluar la actividad funcional de un órgano en particular o parte de él y, a veces, de un sistema de órganos completo. Por ejemplo, el nivel de 11-OCS se puede utilizar para juzgar la actividad funcional de la zona fasciculada de la corteza suprarrenal, pero el nivel de 11-OCS también se puede utilizar para juzgar la actividad funcional del sistema hipotalámico-pituitario-suprarrenal. . En general, dado que el 11-OX es el producto final de la parte periférica de la corteza suprarrenal. 11. Métodos histoquímicos. Métodos inmunológicos en fisiología.
12. Métodos para estudiar la fisiología del INB. Planificación de experimentos Para planificar experimentos, es necesario conocer los principios y tácticas de la investigación y el enfoque científico, que se forman mejor mediante la implementación directa de experimentos. La ventaja de un estudio de laboratorio sobre un estudio observacional es que el investigador puede controlar las condiciones experimentales, es decir, establecer un control preciso sobre las llamadas variables independientes para revelar su influencia sobre las variables dependientes. Las variables dependientes pueden ser cualquier característica fisiológica, mientras que las variables independientes son condiciones controladas por el experimentador y, a veces, impuestas al cuerpo. Las condiciones incluyen intervención directa (extirpación de partes del cerebro, estimulación o uso de diversas drogas), cambios en el ambiente (temperatura y luz), cambios en el programa de refuerzo, dificultad en el aprendizaje, duración de la privación de alimentos o factores como edad, género, línea genética, etc. Para minimizar la mala interpretación de los experimentos debido a la dificultad de distinguir los efectos de las intervenciones experimentales de los efectos de otras variables, se deben introducir procedimientos de control. Idealmente, el grupo de control se estudia de la misma manera que el grupo experimental, excluyendo la influencia del factor en estudio por el cual se planifica el experimento en sí. El mismo animal se puede utilizar tanto en control como en experimentos si, por ejemplo, es necesario comparar su comportamiento antes y después de la extracción de partes del cerebro. Otro procedimiento de control común, cuyo objetivo es reducir la influencia simultánea de variables, es la aplicación equilibrada de diferentes influencias sobre el mismo animal (por ejemplo, inyecciones de diferentes fármacos o diferentes dosis del mismo fármaco). Otro punto importante de control es la distribución aleatoria de los animales en diferentes grupos. Esto se hace mejor usando una tabla de números aleatorios, que se proporciona en muchos libros de estadística (simplemente capturar animales de una jaula para formar un grupo no es adecuado, ya que los animales más débiles o pasivos serán capturados primero). Debido a posibles errores o variabilidad en los resultados debido a variables no controladas, las mediciones generalmente se repiten y se obtiene la media o mediana. Las mediciones repetidas implican múltiples observaciones de los mismos animales, o una observación de muchos animales, o ambas. Cuanto mayor sea la probabilidad de errores o fluctuaciones debido a algunas variables desconocidas o no controladas, más probable será que las mediciones repetidas difieran y, por lo tanto, la variabilidad de las mediciones alrededor de la media será mayor. El análisis estadístico se utiliza para evaluar la importancia de las diferencias observadas entre los grupos experimentales y de control o las condiciones experimentales. El análisis científico, ya sea que se base en observaciones naturalistas o experimentos de laboratorio, se basa en mediciones para cuantificar las observaciones. El llamado nivel de medición determina qué operaciones aritméticas se pueden aplicar a los números, lo que en consecuencia determina el uso de métodos estadísticos adecuados. El investigador debe tener en cuenta el nivel de mediciones y prever la naturaleza del procesamiento estadístico de los resultados ya al planificar experimentos, ya que estas consideraciones ayudarán a resolver la cuestión de la precisión de los instrumentos de medición y el número requerido de experimentos. Equipo para estudiar funciones fisiológicas. Los éxitos de la fisiología moderna en el estudio de las funciones de todo el organismo, sus sistemas, órganos, tejidos y células se deben en gran medida a la introducción generalizada en la práctica de experimentos fisiológicos con equipos electrónicos, dispositivos de análisis y computadoras electrónicas, así como bioquímicos y métodos de investigación farmacológica. Al estudiar funciones fisiológicas utilizando diversos equipos, en los experimentos se forman sistemas únicos. Se pueden dividir en dos grupos: 1) sistemas para registrar diversas manifestaciones de la actividad vital y analizar los datos obtenidos y 2) sistemas para influir en el cuerpo o sus unidades estructurales y funcionales. Un sistema que permite registrar procesos bioeléctricos en el cuerpo consta de un objeto de investigación, electrodos de salida, un amplificador, un registrador y una fuente de alimentación. Los sistemas de registro de este tipo se utilizan para electrocardiografía, electroencefalografía, electrogastrografía, electromiografía, etc. Al estudiar y registrar una serie de procesos no eléctricos utilizando equipos electrónicos, primero deben convertirse en señales eléctricas. Para ello se utilizan varios sensores.
Algunos sensores son capaces de generar señales eléctricas por sí mismos y no requieren energía de una fuente de corriente, mientras que otros sí la requieren. La magnitud de las señales de los sensores suele ser pequeña, por lo que es necesario preamplificarlas para registrarlas. Los sistemas que utilizan sensores se utilizan para balistocardiografía, pletismografía, esfigmografía, registro de la actividad motora, presión arterial, respiración, determinación de gases en la sangre y aire exhalado, etc. Si los sistemas se complementan y coordinan con el funcionamiento de un transmisor de radio, es posible transmitir y registrar funciones fisiológicas a una distancia considerable del objeto de estudio. Este método se llama biotelemetría. El desarrollo de la biotelemetría está determinado por la introducción de la microminiaturización en la ingeniería de radio. Permite estudiar funciones fisiológicas no solo en condiciones de laboratorio, sino también en condiciones de comportamiento libre, durante actividades laborales y deportivas, independientemente de la distancia entre el objeto de estudio y el investigador. Los sistemas diseñados para influir en el cuerpo o sus unidades estructurales y funcionales tienen varios efectos: desencadenantes, estimulantes e inhibidores.
Los métodos y opciones de influencia pueden ser muy diversos. Al estudiar analizadores distantes, el pulso estimulante se puede percibir a distancia; en estos casos, no se necesitan electrodos estimulantes. Así, por ejemplo, se puede influir en el analizador visual con la luz, en el auditivo con el sonido y en el olfativo con varios olores. En experimentos fisiológicos, la corriente eléctrica se utiliza a menudo como estímulo y, por lo tanto, se han generalizado los estimuladores de pulso electrónicos y los electrodos estimulantes. La estimulación eléctrica se utiliza para estimular receptores, células, músculos, fibras nerviosas, nervios, centros nerviosos, etc. Si es necesario, se puede utilizar la estimulación biotelemétrica. Los estudios de las funciones fisiológicas se llevan a cabo no solo en reposo, sino también durante diversas actividades físicas.
Este último se puede crear cualquiera de los dos. realizar determinados ejercicios (sentadillas, carrera, etc.), o utilizar diversos aparatos (bicicleta ergómetro, cinta de correr, etc.), que permitan dosificar con precisión la carga. Los sistemas de grabación y estimulación se utilizan a menudo simultáneamente, lo que amplía significativamente las posibilidades de los experimentos fisiológicos. Estos sistemas se pueden combinar de varias maneras.
La fisiología es una ciencia experimental, es decir. todas sus disposiciones teóricas se basan en los resultados de experimentos y observaciones.
Observación se ha utilizado desde los primeros pasos del desarrollo de la ciencia fisiológica. Al realizar una observación, los investigadores dan un informe verbal de los resultados. En este caso, el objeto de observación suele estar ubicado en condiciones naturales sin influencias especiales sobre él por parte del investigador. La desventaja de la simple observación es la capacidad limitada para obtener indicadores cuantitativos y percibir procesos rápidos. Entonces, a principios del siglo XVII. V. Harvey, después de observar el trabajo del corazón en animales pequeños, escribió: “La velocidad del movimiento cardíaco no nos permite distinguir cómo ocurren la sístole y la diástole y, por lo tanto, es imposible saber en qué momento y en qué parte se expande. y se produce la contracción”.
La puesta en escena ofrece mayores oportunidades que la simple observación en el estudio de los procesos fisiológicos. experimentos. Al realizar un experimento fisiológico, el investigador crea artificialmente las condiciones para identificar la esencia y las leyes del curso de los procesos fisiológicos. Se pueden aplicar influencias físicas y químicas dosificadas a un objeto vivo, se pueden introducir diversas sustancias en la sangre o en los órganos y se puede estudiar la respuesta de órganos y sistemas.
Los experimentos en fisiología se dividen en agudos y crónicos. Experiencias agudas Se realizan en animales y se caracterizan porque el objetivo no es preservar la vida del animal; después del experimento, este muere. Durante tal experiencia, se pueden hacer y eliminar incisiones incompatibles con la vida. órganos. Los órganos extirpados se llaman aislados. Su interferir en soluciones salinas que son similares en composición o al menos en contenido minerales esenciales para el plasma sangre. Estas soluciones se denominan fisiológicas. Entre las soluciones fisiológicas más simples se encuentra la solución isotónica de cloruro de sodio al 0,9%.
Puesta en escena experimentos utilizando aislados o Gans Fue especialmente popular durante el período del siglo XVII y principios del XX. cuando hubo una acumulación de conocimientos sobre las funciones de los órganos y sus eficienteestructuras. Para producciones Para experimentos fisiológicos, lo más conveniente es utilizar órganos aislados de animales de sangre fría. Así, basta con lavar el corazón de rana aislado con solución salina de Ringer, y a temperatura ambiente se contraerá durante muchas horas. De-Debido a la facilidad de preparación y la importancia de la información obtenida, estos preparados biológicos comenzaron a utilizarse no sólo en fisiología, sino también en otras áreas de la ciencia médica. Por ejemplo, una preparación de un corazón de rana aislado (según el método Straub) se utiliza como objeto estandarizado para probar la actividad biológica de ciertos fármacos durante su producción en serie y el desarrollo de nuevos fármacos.
Sin embargo, las posibilidades de una experiencia aguda están limitadas no solo por cuestiones éticas relacionadas con el hecho de que los animales mueren durante el experimento y la posibilidad de infligirles efectos dolorosos con una anestesia insuficiente, sino también por el hecho de que el estudio no es realizado en condiciones de todo el organismo, pero en caso de violación de los mecanismos reguladores sistémicos.
experiencia cronica Carece de una serie de desventajas enumeradas. En un experimento crónico, el estudio se lleva a cabo en un animal prácticamente sano, sujeto a un impacto mínimo sobre él y a la preservación de su vida. Antes de realizar un experimento con un animal, se pueden realizar operaciones para prepararlo para el experimento (se implantan electrodos, se hacen fístulas para acceder a las cavidades y conductos de los órganos). En este caso, el animal se lleva al experimento después de que la superficie de la herida haya cicatrizado y se hayan restablecido las funciones.
Un acontecimiento importante en el desarrollo de las técnicas fisiológicas fue la introducción del registro gráfico de los fenómenos observados. El científico alemán K. Ludwig inventó el quimógrafo y fue el primero en registrar las fluctuaciones (ondas) de la presión arterial. Posteriormente, se desarrollaron métodos para registrar procesos fisiológicos utilizando engranajes mecánicos (palancas de Engelmann), engranajes neumáticos (cápsula de Marey) y métodos para registrar el suministro de sangre a los órganos y su volumen (pletismógrafo de Mosso). Las curvas obtenidas a partir de dichos registros suelen denominarse quimogramas.
Oportunidades metodológicas más amplias para comprender la fisiología de humanos y animales aparecieron después de la creación de la teoría de la electricidad y los instrumentos para registrar los potenciales eléctricos y los efectos dosificados de la corriente eléctrica en el cuerpo. Los estímulos eléctricos resultaron ser los más adecuados para influir en las estructuras nerviosas y musculares. Con fuerza y duración moderada del estímulo, estos efectos no causan daño a las estructuras en estudio y pueden aplicarse repetidamente. La respuesta a ellos suele terminar en una fracción de segundo.
Desarrollo de la física, la química, la cibernética a finales del siglo XX. Creó la base para la mejora cualitativa de los métodos de investigación fisiológica. Los métodos desarrollados por fisiólogos se utilizan ampliamente en la práctica clínica.
A continuación se enumeran algunos de los requisitos modernos más importantes para los métodos de investigación fisiológicos actuales y recientemente desarrollados.
Seguridad del estudio, ausencia de traumatismos y daños al objeto en estudio.
Velocidad de sensores y dispositivos de grabación.
Posibilidad de registro sincrónico de varios indicadores de funciones fisiológicas.
Posibilidad de registro a largo plazo de los indicadores estudiados. Esto permite identificar la naturaleza cíclica de los procesos fisiológicos, determinar los parámetros de los ritmos circadianos (circadianos) e identificar la presencia de alteraciones paroxísticas (episódicas) de los procesos.
Las pequeñas dimensiones y peso de los dispositivos, permiten la investigación no sólo en el hospital, sino también en el campo, durante las actividades laborales o deportivas de una persona.
El uso de la tecnología informática y los logros de la cibernética para registrar y analizar los datos obtenidos, así como modelar procesos fisiológicos. Cuando se utiliza tecnología informática, el tiempo necesario para registrar datos y su procesamiento matemático se reduce drásticamente y es posible extraer más información de las señales recibidas.
Sin embargo, a pesar de una serie de ventajas de los métodos modernos de investigación fisiológica, la exactitud de la determinación indicadores Las funciones fisiológicas dependen en gran medida de la calidad de la educación del personal médico, del conocimiento. esencia Procesos fisiológicos, características de los sensores y principios de funcionamiento de los dispositivos utilizados, capacidad de trabajo. Con al paciente, darle instrucciones, monitorear el progreso de su implementación y corregir las acciones del paciente.
Los resultados de mediciones únicas u observaciones dinámicas realizadas por diferentes profesionales médicos en el mismo paciente no siempre coinciden. Por tanto, persiste el problema de aumentar la fiabilidad de los procedimientos de diagnóstico y la calidad de la investigación.
La calidad del estudio se caracteriza por la precisión, corrección, convergencia y reproducibilidad de las mediciones.
La característica cuantitativa de un indicador fisiológico determinada durante el estudio depende tanto del valor real del parámetro de este indicador como de una serie de errores cometidos por el dispositivo y el personal médico. Estos errores se llaman variabilidad analítica. Normalmente, se requiere que la variabilidad analítica no supere el 10% del valor medido. Dado que el valor real del indicador para una misma persona puede cambiar debido a ritmos biológicos, condiciones climáticas y otros factores, el término variaciones intraindividuales. La diferencia en el mismo indicador entre diferentes personas se llama variaciones interindividuales. La totalidad de todos los errores y fluctuaciones de un parámetro se llama variabilidad total.
Un papel importante en la obtención de información sobre el estado y el grado de deterioro de las funciones fisiológicas pertenece a las llamadas pruebas funcionales. En lugar del término "prueba funcional", a menudo se utiliza "prueba". Realizar pruebas funcionales es probar. Sin embargo, en la práctica clínica, el término "prueba" se utiliza con más frecuencia y en un sentido ligeramente más amplio que "prueba funcional".
Prueba funcional Implica el estudio de indicadores fisiológicos en dinámica, antes y después de realizar determinadas influencias en el cuerpo o acciones voluntarias del sujeto. Las más utilizadas son las pruebas funcionales con actividad física dosificada. También se realizan pruebas de entrada que revelan cambios en la posición del cuerpo en el espacio, esfuerzos, cambios en la composición del gas del aire inhalado, administración de medicamentos, calentamiento, enfriamiento, beber una cierta dosis de una solución alcalina y muchos otros indicadores.
Los requisitos más importantes para las pruebas funcionales incluyen la confiabilidad y la validez.
Fiabilidad - la capacidad de realizar la prueba con precisión satisfactoria por un especialista semicalificado. La alta confiabilidad es inherente a pruebas bastante simples, cuyo desempeño está poco influenciado por el medio ambiente. Las pruebas más fiables que reflejan el estado o la cantidad de reservas de función fisiológica reconocen estándar de referencia o referencial.
Concepto validez Refleja la idoneidad de una prueba o método para el propósito previsto. Si se introduce una nueva prueba, su validez se evalúa comparando los resultados obtenidos utilizando esta prueba con los resultados de pruebas de referencia previamente reconocidas. Si la prueba recién introducida le permite encontrar las respuestas correctas a las preguntas planteadas durante la prueba en un mayor número de casos, entonces esta prueba tiene una alta validez.
El uso de pruebas funcionales aumenta drásticamente las capacidades de diagnóstico sólo si estas pruebas se realizan correctamente. Su adecuada selección, implementación e interpretación requieren que los trabajadores médicos tengan amplios conocimientos teóricos y suficiente experiencia en el desempeño del trabajo práctico.
