Metody badań fizjologicznych. Fizjologia jako nauka

Metodologia - zestaw manipulacji, których realizacja zapewnia niezbędne wyniki zgodnie z zadaniem.

Analityczno-syntetyczna metoda badawcza- sposób badania funkcjonowania organizmu całościowo, w jedności i wzajemnym powiązaniu wszystkich jego składników.

Metody badań w fizjologii

Aby zbadać różne procesy i funkcje żywego organizmu, stosuje się metody obserwacji i eksperymentów.

Nadzór - metoda pozyskiwania informacji poprzez bezpośrednią, z reguły, wizualną rejestrację zjawisk i procesów fizjologicznych zachodzących w określonych warunkach.

Eksperyment- metoda pozyskiwania nowych informacji o związkach przyczynowo-skutkowych między zjawiskami i procesami w kontrolowanych i kontrolowanych warunkach. Eksperyment ostry to eksperyment, który jest realizowany przez stosunkowo krótki czas. Eksperyment chroniczny to eksperyment, który trwa przez długi czas (dni, tygodnie, miesiące, lata).

Metoda obserwacji

Istotą tej metody jest ocena manifestacji określonego procesu fizjologicznego, funkcji narządu lub tkanki w warunkach naturalnych. Jest to pierwsza metoda, która powstała w starożytnej Grecji. W Egipcie podczas mumifikacji zwłoki otwierano, a kapłani analizowali stan poszczególnych narządów w powiązaniu z wcześniej zarejestrowanymi danymi dotyczącymi tętna, ilości i jakości moczu oraz innych wskaźników u obserwowanych przez nich osób.

Obecnie naukowcy prowadzący badania obserwacyjne wykorzystują w swoim arsenale szereg prostych i złożonych urządzeń (nakładanie przetok, implantacja elektrod), co pozwala na bardziej wiarygodne określenie mechanizmu funkcjonowania narządów i tkanek. Na przykład, obserwując aktywność gruczołu ślinowego, można określić, ile śliny jest wydzielane w określonej porze dnia, jaki jest jej kolor, gęstość itp.

Jednak obserwacja zjawiska nie odpowiada na pytanie, w jaki sposób przebiega ten lub inny proces lub funkcja fizjologiczna.

Metoda obserwacyjna jest szerzej stosowana w zoopsychologii i etologii.

metoda eksperymentalna

Eksperyment fizjologiczny to celowa ingerencja w organizm zwierzęcia w celu poznania wpływu różnych czynników na jego poszczególne funkcje. Taka interwencja wymaga niekiedy chirurgicznego przygotowania zwierzęcia, które może mieć postać ostrą (wiwisekcja) lub przewlekłą (eksperymentalny zabieg chirurgiczny). Dlatego eksperymenty dzielą się na dwa rodzaje: ostre (wiwisekcja) i przewlekłe.

Metoda eksperymentalna, w przeciwieństwie do metody obserwacyjnej, pozwala poznać przyczynę realizacji procesu lub funkcji.

wiwisekcja przeprowadzono we wczesnych stadiach rozwoju fizjologii na zwierzętach unieruchomionych bez użycia znieczulenia. Ale od XIX wieku w ostrym eksperymencie zastosowano znieczulenie ogólne.

ostry eksperyment ma swoje zalety i wady. Do zalet można zaliczyć możliwość symulowania różnych sytuacji i uzyskiwania wyników w stosunkowo krótkim czasie. Wady obejmują fakt, że w ostrym eksperymencie wpływ ośrodkowego układu nerwowego na organizm jest wykluczony, gdy stosuje się znieczulenie ogólne i narusza integralność reakcji organizmu na różne wpływy. Ponadto zwierzęta często muszą zostać poddane eutanazji po ostrym eksperymencie.

Dlatego opracowano późniejsze metody przewlekły eksperyment, w którym prowadzony jest długoterminowy monitoring zwierząt po operacji i rekonwalescencji zwierzęcia.

akademik I.P. Pavlov opracował metodę zakładania przetok na narządy jamy brzusznej (żołądek, jelita, pęcherz moczowy). Zastosowanie techniki przetoki umożliwiło poznanie mechanizmów funkcjonowania wielu narządów. W sterylnych warunkach znieczulone zwierzę poddawane jest zabiegowi chirurgicznemu umożliwiającemu dostęp do określonego narządu wewnętrznego, wszczepieniu rurki przetoki lub usunięciu przewodu gruczołu i przyszyciu go do skóry. Sam eksperyment rozpoczyna się po wygojeniu rany pooperacyjnej i wyzdrowieniu zwierzęcia, kiedy procesy fizjologiczne wracają do normy. Dzięki tej technice możliwe stało się badanie obrazu procesów fizjologicznych w warunkach naturalnych przez długi czas.

Metoda eksperymentalna, podobnie jak metoda obserwacyjna, polega na wykorzystaniu prostej i złożonej nowoczesnej aparatury, urządzeń wchodzących w skład systemów mających oddziaływać na obiekt i rejestrować różne przejawy aktywności życiowej.

Wynalezienie kymografu i opracowanie metody graficznego zapisu ciśnienia krwi przez niemieckiego naukowca K. Ludwiga w 1847 r. otworzyło nowy etap w rozwoju fizjologii. Kimograf umożliwił obiektywny zapis badanego procesu.

Później opracowano metody rejestracji skurczu serca i mięśni (T. Engelman) oraz metodę rejestracji zmian napięcia naczyniowego (pletyzmografia).

cel rejestracja graficzna zjawiska bioelektryczne stały się możliwe dzięki galwanometrowi strunowemu, wynalezionemu przez holenderskiego fizjologa Einthovena. Jako pierwszy zarejestrował elektrokardiogram na kliszy. Graficzna rejestracja potencjałów bioelektrycznych posłużyła jako podstawa do rozwoju elektrofizjologii. Obecnie elektroencefalografia znajduje szerokie zastosowanie w praktyce i badaniach naukowych.

Ważnym krokiem w rozwoju elektrofizjologii było wynalezienie mikroelektrod. Za pomocą mikromanipulatorów można je wstrzykiwać bezpośrednio do komórki i rejestrować potencjały bioelektryczne. Technika mikroelektrodowa umożliwiła rozszyfrowanie mechanizmów powstawania biopotencjału w błonach komórkowych.

Niemiecki fizjolog Dubois-Reymond jest twórcą metody elektrycznej stymulacji narządów i tkanek za pomocą cewki indukcyjnej do dozowanej elektrycznej stymulacji żywych tkanek. Obecnie używa się do tego stymulatorów elektronicznych, pozwalających na odbieranie impulsów elektrycznych o dowolnej częstotliwości i sile. Stymulacja elektryczna stała się ważną metodą badania funkcji narządów i tkanek.

Metody eksperymentalne obejmują wiele metod fizjologicznych.

Usuwanie(wytępienie) narządu, na przykład określonego gruczołu dokrewnego, pozwala poznać jego wpływ na różne narządy i układy zwierzęcia. Usunięcie różnych części kory mózgowej pozwoliło naukowcom poznać ich wpływ na organizm.

Nowoczesne postępy w fizjologii wynikały z zastosowania technologii elektronicznej.

Implantacja elektrody w różnych częściach mózgu pomogły ustalić aktywność różnych ośrodków nerwowych.

Wstęp izotopy radioaktywne do organizmu pozwala naukowcom badać metabolizm różnych substancji w narządach i tkankach.

Metoda tomograficzna wykorzystanie magnetycznego rezonansu jądrowego jest bardzo ważne dla wyjaśnienia mechanizmów procesów fizjologicznych na poziomie molekularnym.

Biochemiczne I biofizyczny metody pomagają zidentyfikować różne metabolity w narządach i tkankach zwierząt w stanie normalnym iw patologii z dużą dokładnością.

Znajomość cech ilościowych różnych procesów fizjologicznych i relacji między nimi umożliwiła tworzenie ich modele matematyczne. Za pomocą tych modeli odtwarza się na komputerze procesy fizjologiczne i bada różne warianty reakcji.

Podstawowe metody badań fizjologicznych

Fizjologia jest nauką eksperymentalną, tj. wszystkie jej teoretyczne założenia opierają się na wynikach eksperymentów i obserwacji.

Obserwacja

Obserwacja stosowano od pierwszych kroków w rozwoju nauk fizjologicznych. Prowadząc obserwację, badacze podają opisowe sprawozdanie z jej wyników. W tym przypadku obiekt obserwacji znajduje się zwykle w warunkach naturalnych bez szczególnego wpływu na niego badacza. Wadą prostej obserwacji jest niemożność lub duża złożoność uzyskania wskaźników ilościowych i postrzegania szybkich procesów. Tak więc na początku XVII wieku. V. Harvey, obserwując pracę serca u małych zwierząt, napisał: „Prędkość ruchu serca nie pozwala nam rozróżnić, w jaki sposób dochodzi do skurczu i rozkurczu, dlatego nie można wiedzieć, w którym momencie iw której części ekspansja i następuje skurcz”.

Doświadczenie

Większe możliwości niż zwykła obserwacja w badaniu procesów fizjologicznych będą stwarzane przez otoczenie eksperymenty. Przeprowadzając eksperyment fizjologiczny, badacz sztucznie stworzy warunki do ujawnienia istoty i wzorców przebiegu procesów fizjologicznych. Do żywego obiektu można zastosować dozowane efekty fizyczne i chemiczne, wprowadzanie różnych substancji do krwi lub narządów oraz rejestrację reakcji na efekty.

Eksperymenty w fizjologii dzielą się na ostre i przewlekłe. Wpływ na zwierzęta doświadczalne w ostre eksperymenty mogą być niezgodne z ochroną życia zwierząt, np. działanie dużych dawek promieniowania, substancji toksycznych, utrata krwi, sztuczne zatrzymanie akcji serca, zatrzymanie przepływu krwi. Pojedyncze narządy można pobierać od zwierząt w celu zbadania ich funkcji fizjologicznych lub możliwości przeszczepienia innym zwierzętom. Aby zachować żywotność, usunięte (izolowane) narządy umieszcza się w schłodzonych roztworach soli, które mają podobny skład lub przynajmniej zawartość najważniejszych substancji mineralnych w osoczu krwi. Takie roztwory nazywane są fizjologicznymi. Do najprostszych roztworów fizjologicznych należy izotopowy 0,9% roztwór NaCl.

Wykonywanie eksperymentów na izolowanych narządach było szczególnie popularne w okresie od XV do początku XX wieku, kiedy gromadzono wiedzę o funkcjach narządów i ich poszczególnych budowach. Do przeprowadzenia eksperymentu fizjologicznego najwygodniej jest użyć izolowanych narządów zwierząt zmiennocieplnych, które zachowują swoje funkcje przez długi czas. Tak więc izolowane serce żaby, przemyte roztworem soli Ringera, może kurczyć się w temperaturze pokojowej przez wiele godzin i reagować na różne wpływy, zmieniając charakter skurczu. Ze względu na łatwość przygotowania i wagę uzyskanych informacji, tak izolowane narządy znajdują zastosowanie nie tylko w fizjologii, ale także w farmakologii, toksykologii i innych dziedzinach nauk medycznych. Na przykład preparat z izolowanego serca żaby (metoda Strauba) jest używany jako znormalizowany obiekt do testowania aktywności biologicznej w produkcji seryjnej niektórych leków i opracowywaniu nowych leków.

Jednak możliwości ostrego eksperymentu są ograniczone nie tylko ze względu na kwestie etyczne związane z faktem, że zwierzęta podczas eksperymentu są narażone na ból i umierają, ale także dlatego, że badanie często prowadzi się z naruszeniem systemowych mechanizmów regulujących przebiegu funkcji fizjologicznych lub w warunkach sztucznych – poza całym organizmem.

chroniczne przeżycie pozbawiony niektórych z powyższych wad. W eksperymencie przewlekłym badanie przeprowadza się na praktycznie zdrowym zwierzęciu w warunkach minimalnego na nie wpływu i przy jednoczesnym ratowaniu jego życia. Przed badaniem można przeprowadzić na zwierzęciu operacje przygotowujące do eksperymentu (wszczepiane są elektrody, tworzone są przetoki umożliwiające dostęp do jam i przewodów narządów). Eksperymenty na takich zwierzętach rozpoczynają się po wygojeniu powierzchni rany i przywróceniu upośledzonych funkcji.

Ważnym wydarzeniem w rozwoju fizjologicznych metod badawczych było wprowadzenie graficznego zapisu obserwowanych zjawisk. Niemiecki naukowiec K. Ludwig wynalazł kymograf i jako pierwszy zarejestrował wahania (fale) ciśnienia tętniczego krwi w ostrym eksperymencie. W ślad za tym opracowano metody rejestrowania procesów fizjologicznych za pomocą przekładni mechanicznych (dźwignie Engelmanna), przekładni powietrznych (kapsuła Mareya), metody rejestrowania ukrwienia narządów i ich objętości (pletyzmograf Mosso). Krzywe otrzymane w takich rejestracjach są zwykle nazywane kimogramy.

Fizjolodzy wymyślili metody pobierania śliny (kapsułki Lashleya-Krasnogorskiego), które umożliwiły badanie jej składu, dynamiki powstawania i wydzielania, a następnie jej roli w utrzymaniu zdrowia tkanek jamy ustnej i rozwoju chorób. Opracowane metody pomiaru siły nacisku zębów i jej rozkładu w określonych obszarach powierzchni zęba umożliwiły ilościowe określenie siły mięśni żujących, charakteru dopasowania powierzchni żującej zębów górnej i dolnej szczęki.

Szersze możliwości w badaniu funkcji fizjologicznych organizmu człowieka i zwierząt pojawiły się po odkryciu przez włoskiego fizjologa L. Galvaniego prądów elektrycznych w żywych tkankach.

Rejestracja potencjałów elektrycznych komórek nerwowych, ich procesów, poszczególnych struktur czy całego mózgu pozwoliła fizjologom zrozumieć niektóre mechanizmy funkcjonowania układu nerwowego człowieka zdrowego i jego zaburzenia w chorobach neurologicznych. Metody te pozostają jednymi z najpowszechniejszych w badaniu funkcji układu nerwowego w nowoczesnych laboratoriach i klinikach fizjologicznych.

Rejestracja potencjałów elektrycznych mięśnia sercowego (elektrokardiografia) pozwoliła fizjologom i klinicystom nie tylko zrozumieć i dogłębnie zbadać zjawiska elektryczne w sercu, ale także zastosować je w praktyce do oceny pracy serca, wczesnego wykrywania jego zaburzeń w chorób serca i monitorowania skuteczności leczenia.

Rejestracja potencjałów elektrycznych mięśni szkieletowych (elektromiografia) umożliwiła fizjologom zbadanie wielu aspektów mechanizmów pobudzenia i skurczu mięśni. W szczególności elektromiografia mięśni żucia pomaga dentystom w obiektywnej ocenie stanu ich funkcji u osoby zdrowej oraz w wielu chorobach nerwowo-mięśniowych.

Zastosowanie o umiarkowanej sile i czasie trwania zewnętrznych oddziaływań elektrycznych lub elektromagnetycznych (bodźców) na tkanki nerwowe i mięśniowe nie powoduje uszkodzeń badanych struktur. Pozwala to z powodzeniem wykorzystywać je nie tylko do oceny fizjologicznych reakcji na bodźce, ale także do leczenia (elektrostymulacja mięśni i nerwów, przezczaszkowa stymulacja magnetyczna mózgu).

Oparta na osiągnięciach fizyki, chemii, mikroelektroniki, cybernetyki końca XX wieku. stworzono warunki do jakościowego doskonalenia metod badań fizjologicznych i medycznych. Wśród tych nowoczesnych metod, które pozwoliły jeszcze głębiej wniknąć w istotę procesów fizjologicznych żywego organizmu, ocenić stan jego funkcji i zidentyfikować ich zmiany we wczesnych stadiach choroby, wyróżniają się wizualizacyjne metody badawcze. Są to ultrasonograficzne sondowanie serca i innych narządów, rentgenowska tomografia komputerowa, wizualizacja rozmieszczenia izotopów krótkożyciowych w tkankach, rezonans magnetyczny, pozytronowa tomografia emisyjna i inne rodzaje tomografii.

Dla pomyślnego wykorzystania metod fizjologicznych w medycynie sformułowano międzynarodowe wymagania, które należało spełnić przy opracowywaniu i wdrażaniu fizjologicznych metod badawczych w praktyce. Wśród tych wymagań najważniejsze to:

• bezpieczeństwo badania, brak urazu i uszkodzenia badanego obiektu;
• wysoka czułość, szybkość czujników i urządzeń rejestrujących, możliwość synchronicznej rejestracji kilku wskaźników funkcji fizjologicznych;
• możliwość długoterminowej rejestracji badanych wskaźników. Umożliwia to ujawnienie cykliczności przebiegu procesów fizjologicznych, określenie parametrów rytmów dobowych (okołodobowych), rozpoznanie obecności napadowych (epizodycznych) zaburzeń procesów;
• zgodność z międzynarodowymi standardami;
• małe wymiary i waga urządzeń pozwalają na prowadzenie badań nie tylko w szpitalu, ale także w domu, podczas pracy czy uprawiania sportu;
• wykorzystanie techniki komputerowej i osiągnięć cybernetyki do rejestracji i analizy uzyskanych danych, a także do modelowania procesów fizjologicznych. Podczas korzystania z technologii komputerowej czas poświęcony na rejestrację danych i ich matematyczne przetwarzanie jest znacznie skrócony, a z odbieranych sygnałów staje się możliwe wydobycie większej ilości informacji.

Jednak pomimo wielu zalet nowoczesnych metod badań fizjologicznych, poprawność wyznaczania wskaźników funkcji fizjologicznych w dużej mierze zależy od jakości wykształcenia personelu medycznego, znajomości istoty procesów fizjologicznych, charakterystyki sensorów oraz zasad obsługi używanych urządzeń, umiejętności pracy z pacjentem, wydawania mu poleceń, monitorowania postępów ich realizacji i korygowania działań pacjenta.

Wyniki jednorazowych pomiarów lub dynamicznych obserwacji przeprowadzonych przez różnych lekarzy u tego samego pacjenta nie zawsze są zgodne. Pozostaje zatem problem zwiększenia wiarygodności procedur diagnostycznych i jakości badań.

Jakość badania charakteryzuje się dokładnością, poprawnością, zbieżnością i powtarzalnością pomiarów.

Określona w trakcie badania charakterystyka ilościowa wskaźnika fizjologicznego zależy zarówno od rzeczywistej wartości parametru tego wskaźnika, jak i od liczby błędów wprowadzanych przez urządzenie i personel medyczny. Te błędy to tzw zmienność analityczna. Zwykle wymaga się, aby zmienność analityczna nie przekraczała 10% wartości mierzonej. Ponieważ prawdziwa wartość wskaźnika u tej samej osoby może się zmieniać ze względu na rytmy biologiczne, warunki pogodowe i inne czynniki, termin w ramach poszczególnych wariantów. Nazywa się różnicę w tym samym wskaźniku u różnych osób różnice międzyosobnicze. Całość wszystkich błędów i fluktuacji parametrów nazywa się ogólna zmienność.

test funkcjonalny

Ważną rolę w pozyskiwaniu informacji o stanie i stopniu naruszenia funkcji fizjologicznych odgrywają tzw. testy funkcjonalne. Zamiast terminu „test funkcjonalny” często używa się terminu „test”. Wykonywanie prób funkcjonalnych - testowanie. Jednak w praktyce klinicznej termin „test” jest używany częściej iw nieco szerszym znaczeniu niż „test funkcjonalny”.

test funkcjonalny obejmuje badanie parametrów fizjologicznych w dynamice, przed i po wykonaniu określonych oddziaływań na organizm lub arbitralnych działań podmiotu. Najczęściej stosowane testy funkcjonalne z dozowaną aktywnością fizyczną. Testy wykonywane są również przez efekty wejściowe, w których zmiany pozycji ciała w przestrzeni, wysiłek, zmiany składu gazowego wdychanego powietrza, wprowadzenie leków, rozgrzewanie, schładzanie, wypicie określonej dawki roztworu alkalicznego , i ujawnia się wiele innych wskaźników.

Niezawodność i trafność należą do najważniejszych wymagań stawianych testom funkcjonalnym.

Niezawodność - umiejętność wykonania badania z zadowalającą dokładnością przez średnio wykwalifikowanego specjalistę. Wysoka niezawodność jest nieodłącznym elementem dość prostych testów, na których wykonanie ma niewielki wpływ środowisko. Najbardziej wiarygodne testy, które odzwierciedlają stan lub wielkość rezerw funkcji fizjologicznych, rozpoznają odniesienie, norma Lub referencyjny.

pojęcie ważność odzwierciedla przydatność badania lub metody do zamierzonego celu. Jeżeli wprowadzany jest nowy test, to jego trafność ocenia się porównując wyniki uzyskane za pomocą tego testu z wynikami wcześniej uznanych, referencyjnych testów. Jeśli nowo wprowadzony test pozwala w większej liczbie przypadków na znalezienie poprawnych odpowiedzi na pytania zadane podczas testowania, to test ten ma wysoką trafność.

Zastosowanie testów funkcjonalnych znacznie zwiększa możliwości diagnostyczne tylko wtedy, gdy testy te są wykonywane prawidłowo. Ich odpowiedni dobór, realizacja i interpretacja wymagają od pracowników medycznych obszernej wiedzy teoretycznej oraz wystarczającego doświadczenia w pracy praktycznej.

Metody badań fizjologicznych

Obserwacja jako metoda badań fizjologicznych. Stosunkowo powolny rozwój fizjologii eksperymentalnej w ciągu dwóch stuleci po pracy V. Harveya tłumaczy się niskim poziomem produkcji i rozwoju nauk przyrodniczych, a także niedoskonałością badania zjawisk fizjologicznych poprzez ich zwykłą obserwację. Taka technika metodologiczna była i pozostaje przyczyną wielu błędów, ponieważ eksperymentator musi przeprowadzić eksperyment, zobaczyć i zapamiętać wiele złożonych procesów i zjawisk, co jest trudnym zadaniem. Słowa Harveya wymownie świadczą o trudnościach, jakie stwarza metoda prostej obserwacji zjawisk fizjologicznych: „Prędkość ruchu serca nie pozwala rozróżnić, jak przebiega skurcz i rozkurcz, a zatem nie można wiedzieć, w którym momencie i w jakim która część się rozszerza i kurczy. Rzeczywiście, nie mogłem odróżnić skurczu od rozkurczu, ponieważ u wielu zwierząt serce pojawia się i znika w mgnieniu oka, z szybkością błyskawicy, tak że raz wydawało mi się tu skurcz, a tu - rozkurcz, innym razem - nawzajem. Wszystko jest inne i niespójne”.

Rzeczywiście, procesy fizjologiczne są zjawiskami dynamicznymi. Stale się rozwijają i zmieniają, więc tylko 1-2, aw najlepszym przypadku 2-3 procesy można bezpośrednio zaobserwować. Jednak w celu ich analizy konieczne jest ustalenie związku tych zjawisk z innymi procesami, które przy tej metodzie badań pozostają niezauważone. W konsekwencji prosta obserwacja procesów fizjologicznych jako metoda badawcza jest źródłem subiektywnych błędów. Zwykle obserwacja pozwala ustalić jedynie jakościową stronę zjawisk i uniemożliwia ich ilościowe badanie.

Ważnym kamieniem milowym w rozwoju fizjologii eksperymentalnej było wynalezienie kymografu i wprowadzenie metody graficznego zapisu ciśnienia krwi przez niemieckiego naukowca Karla Ludwiga w 1847 roku.

Graficzna rejestracja procesów fizjologicznych. Metoda rejestracji graficznej wyznaczyła nowy etap w fizjologii. Umożliwiło to przeprowadzenie obiektywnego zapisu badanego procesu, co zminimalizowało możliwość popełnienia subiektywnych błędów. W takim przypadku eksperyment i analiza badanego zjawiska mogłaby przebiegać dwuetapowo. Podczas samego eksperymentu zadaniem eksperymentatora było uzyskanie wysokiej jakości zapisów – krzywych – kilogramów. Uzyskane dane można było analizować później, gdy uwaga eksperymentatora nie była już skierowana na eksperyment. Metoda zapisu graficznego umożliwiła jednoczesny (synchroniczny) zapis nie jednego, ale kilku procesów fizjologicznych.

Dość szybko po wynalezieniu metody rejestrowania ciśnienia krwi zaproponowano metody rejestracji skurczów serca i mięśni (Engelman), wprowadzono technikę transmisji powietrznej (kapsuła Mareya), która umożliwiła rejestrację szeregu fizjologicznych procesy zachodzące w organizmie niekiedy w znacznej odległości od obiektu: ruchy oddechowe klatki piersiowej i brzucha, perystaltyka i zmiany napięcia żołądka, jelit itp. Zaproponowano metodę rejestracji zmian napięcia naczyniowego (pletyzmografia Mosso), objętość różnych narządów wewnętrznych - onkometria itp.

Badania zjawisk bioelektrycznych. Niezwykle ważny kierunek w rozwoju fizjologii wyznaczyło odkrycie „elektryczności zwierzęcej”. L. Galvani wykazał, że żywe tkanki są źródłem potencjałów elektrycznych, które mogą oddziaływać na nerwy i mięśnie innego organizmu i powodować skurcze mięśni. Od tego czasu, od prawie wieku, jedynym wskaźnikiem potencjałów generowanych przez żywe tkanki (potencjały bioelektryczne) jest preparat nerwowo-mięśniowy żaby. Pomógł odkryć potencjały generowane przez serce podczas jego pracy (doświadczenia Kölliker i Müller), a także potrzebę ciągłego generowania potencjałów elektrycznych dla nieustannego skurczu mięśni (doświadczenie „tężca wtórnego” Matteucciego). Stało się jasne, że potencjały bioelektryczne nie są przypadkowymi (ubocznymi) zjawiskami w działaniu żywych tkanek, ale sygnałami, za pomocą których przekazywane są „rozkazy” w organizmie w układzie nerwowym, a z niego do mięśni i innych narządów. W ten sposób żywe tkanki oddziałują na siebie za pomocą „języka elektrycznego”.

Zrozumienie tego „języka” było możliwe znacznie później, po wynalezieniu fizycznych urządzeń wychwytujących potencjały bioelektryczne. Jednym z pierwszych takich urządzeń był prosty telefon. Wybitny rosyjski fizjolog N. E. Vvedensky odkrył przez telefon szereg najważniejszych fizjologicznych właściwości nerwów i mięśni. Za pomocą telefonu można było podsłuchiwać potencjały bioelektryczne, czyli badać je poprzez obserwację. Znaczącym krokiem naprzód było wynalezienie techniki obiektywnego graficznego zapisu zjawisk bioelektrycznych. Holenderski fizjolog Einthoven wynalazł galwanometr strunowy - urządzenie umożliwiające rejestrację na kliszy fotograficznej potencjałów elektrycznych powstających w wyniku czynności serca - elektrokardiogram (EKG). W naszym kraju pionierem tej metody był największy fizjolog, uczeń I. M. Sechenova i I. P. Pavlova, A. F. Samoilov, który przez pewien czas pracował w laboratorium Einthovena w Lejdzie.

Elektrokardiografia z laboratoriów fizjologicznych bardzo szybko przeszła do kliniki jako doskonała metoda badania stanu serca, a wiele milionów pacjentów dziś zawdzięcza tej metodzie życie.

Późniejszy postęp w elektronice umożliwił stworzenie kompaktowych elektrokardiografów i telemetrycznych metod sterowania, które umożliwiają rejestrację EKG i innych procesów fizjologicznych u astronautów na orbicie okołoziemskiej, u sportowców podczas zawodów oraz u pacjentów w odległych obszarach, skąd przekazywane są informacje przewodami telefonicznymi do dużych wyspecjalizowanych instytucji w celu kompleksowej analizy.

Obiektywna graficzna rejestracja potencjałów bioelektrycznych posłużyła za podstawę najważniejszej sekcji naszej nauki - elektrofizjologii. Dużym krokiem naprzód była propozycja angielskiego fizjologa Adriana, aby do rejestrowania zjawisk bioelektrycznych wykorzystać wzmacniacze elektroniczne. V. Ya Danilevsky i V. V. Pravdich-Neminsky jako pierwsi zarejestrowali bioprądy mózgu. Metodę tę udoskonalił później niemiecki naukowiec Berger. Obecnie elektroencefalografia jest szeroko stosowana w klinice, podobnie jak graficzny zapis potencjałów elektrycznych mięśni (elektromiografia), nerwów oraz innych pobudliwych tkanek i narządów. Umożliwiło to dokładną ocenę stanu czynnościowego narządów i układów. Dla rozwoju fizjologii metody te miały również ogromne znaczenie: umożliwiły rozszyfrowanie mechanizmów działania układu nerwowego oraz innych narządów i tkanek, mechanizmów regulacji procesów fizjologicznych.

Ważnym kamieniem milowym w rozwoju elektrofizjologii było wynalezienie mikroelektrod, czyli najcieńszych elektrod, których średnica końcówki jest równa ułamkom mikrona. Elektrody te można wprowadzać bezpośrednio do komórki za pomocą mikromanipulatorów, a wewnątrzkomórkowo rejestrować potencjały bioelektryczne. Technologia mikroelektrodowa umożliwiła rozszyfrowanie mechanizmów powstawania biopotencjałów - procesów zachodzących w błonach komórkowych. Membrany są najważniejszymi formacjami, ponieważ za ich pośrednictwem przeprowadzane są procesy interakcji komórek w ciele i poszczególnych elementów komórki między sobą. Nauka o funkcjach błon biologicznych - membranologia - stała się ważną gałęzią fizjologii.

Metody elektrycznej stymulacji narządów i tkanek. Ważnym kamieniem milowym w rozwoju fizjologii było wprowadzenie metody elektrycznej stymulacji narządów i tkanek. Żywe narządy i tkanki są zdolne do reagowania na wszelkie wpływy: termiczne, mechaniczne, chemiczne itp. Stymulacja elektryczna ze swej natury jest zbliżona do „języka naturalnego”, za pomocą którego żywe systemy wymieniają informacje. Twórcą tej metody był niemiecki fizjolog Dubois-Reymond, który zaproponował swój słynny „aparat sań” (cewka indukcyjna) do dozowanej elektrycznej stymulacji żywych tkanek.

Obecnie stosuje się do tego celu stymulatory elektroniczne, które umożliwiają uzyskanie impulsów elektrycznych o dowolnym kształcie, częstotliwości i sile. Stymulacja elektryczna stała się ważną metodą badania funkcji narządów i tkanek. Ta metoda jest szeroko stosowana w klinice. Opracowano projekty różnych stymulatorów elektronicznych, które można wszczepiać do organizmu. Elektryczna stymulacja serca stała się niezawodnym sposobem na przywrócenie prawidłowego rytmu i funkcji tego ważnego narządu i przywróciła pracę setkom tysięcy ludzi. Z powodzeniem stosuje się elektryczną stymulację mięśni szkieletowych, opracowywane są metody elektrycznej stymulacji obszarów mózgu za pomocą wszczepionych elektrod. Te ostatnie za pomocą specjalnych urządzeń stereotaktycznych wstrzykiwane są w ściśle określone ośrodki nerwowe (z dokładnością do ułamków milimetra). Ta metoda, przeniesiona z fizjologii do kliniki, umożliwiła wyleczenie tysięcy pacjentów neurologicznych i uzyskanie dużej ilości ważnych danych na temat mechanizmów ludzkiego mózgu (N. P. Bekhtereva).

Oprócz rejestracji potencjałów elektrycznych, temperatury, ciśnienia, ruchów mechanicznych i innych procesów fizycznych, a także wyników oddziaływania tych procesów na organizm, w fizjologii szeroko stosowane są metody chemiczne.

Chemiczne metody badań w fizjologii. „Język” sygnałów elektrycznych nie jest jedynym w ciele. Powszechne jest również chemiczne oddziaływanie procesów życiowych (łańcuchów procesów chemicznych zachodzących w żywych tkankach). Dlatego powstała dziedzina chemii, która bada te procesy - chemia fizjologiczna. Dziś stała się samodzielną nauką - chemią biologiczną, która ujawnia molekularne mechanizmy procesów fizjologicznych. Fizjolodzy w eksperymentach szeroko wykorzystują metody, które powstały na styku chemii, fizyki i biologii, co z kolei dało już początek nowym gałęziom nauki, na przykład fizyce biologicznej, która bada fizyczną stronę zjawisk fizjologicznych.

Fizjolog szeroko posługuje się metodami radionuklidowymi. We współczesnych badaniach fizjologicznych stosuje się również inne metody zapożyczone z nauk ścisłych. Dostarczają one naprawdę nieocenionych informacji w ilościowej analizie mechanizmów procesów fizjologicznych.

Elektryczny zapis wielkości nieelektrycznych. Obecnie znaczący postęp w fizjologii wiąże się z wykorzystaniem technologii elektronicznej. Stosowane są czujniki - konwertery różnych zjawisk i wielkości nieelektrycznych (ruch, ciśnienie, temperatura, stężenie różnych substancji, jonów itp.) na potencjały elektryczne, które następnie są wzmacniane przez wzmacniacze elektroniczne i rejestrowane przez oscyloskopy. Opracowano ogromną liczbę różnych typów takich urządzeń rejestrujących, które umożliwiają rejestrację wielu procesów fizjologicznych na oscyloskopie i wprowadzanie uzyskanych informacji do komputera. W wielu urządzeniach stosuje się dodatkowe oddziaływanie na organizm (fale ultradźwiękowe lub elektromagnetyczne itp.). W takich przypadkach rejestruje się wartości parametrów tych wpływów, które zmieniają określone funkcje fizjologiczne. Zaletą takich urządzeń jest to, że przetwornik-czujnik można zamontować nie na badanym narządzie, ale na powierzchni ciała. Fale emitowane przez urządzenie wnikają w ciało i po odbiciu od badanego narządu są rejestrowane przez czujnik. Ta zasada jest stosowana na przykład w przepływomierzach ultradźwiękowych, które określają prędkość przepływu krwi w naczyniach; reografy i reopletyzmografy rejestrują zmiany oporności elektrycznej tkanek, która zależy od ukrwienia różnych narządów i części ciała. Zaletą takich metod jest możliwość zbadania ciała w dowolnym momencie bez operacji wstępnych. Ponadto takie badania nie szkodzą ludziom. Większość nowoczesnych metod badań fizjologicznych w klinice opiera się na tych zasadach. W Rosji inicjatorem wykorzystania sprzętu radioelektronicznego do badań fizjologicznych był akademik VV Parin.

Metoda ostrego eksperymentu. Postęp nauki wynika nie tylko z rozwoju nauki eksperymentalnej i metod badawczych. Zależy to również w dużej mierze od ewolucji myślenia fizjologów, od rozwoju podejść metodologicznych i metodologicznych do badania zjawisk fizjologicznych. Od początku swojego powstania do lat 80. ubiegłego wieku fizjologia pozostawała nauką analityczną. Podzieliła ciało na oddzielne narządy i układy i badała ich aktywność w izolacji. Główną techniką metodologiczną fizjologii analitycznej były eksperymenty na izolowanych narządach. Jednocześnie, aby uzyskać dostęp do dowolnego narządu lub układu wewnętrznego, fizjolog musiał przeprowadzić wiwisekcję (cięcie na żywo). Takie eksperymenty są również nazywane ostrymi eksperymentami.

Zwierzę doświadczalne przywiązano do maszyny i przeprowadzono skomplikowaną i bolesną operację. To była ciężka praca, ale nauka nie znała innego sposobu na penetrację w głąb ciała. Nie chodzi tylko o moralną stronę problemu. Ciężkie tortury, nieznośne cierpienie, jakim poddawane było zwierzę, rażąco naruszały normalny przebieg zjawisk fizjologicznych i nie pozwalały zrozumieć istoty procesów zachodzących w organizmie w warunkach naturalnych, w normie. Znacząco nie pomogło i zastosowanie znieczulenia, a także inne metody znieczulenia. Unieruchomienie zwierzęcia, narażenie na środki odurzające, operacja, utrata krwi - wszystko to całkowicie zmieniło i zakłóciło normalne funkcjonowanie organizmu. Powstało błędne koło. Aby zbadać ten lub inny proces lub funkcję narządu lub układu, konieczne było wniknięcie w głąb organizmu, a sama próba takiej penetracji zakłóciła normalny przebieg procesów fizjologicznych, dla których badania eksperyment podjęto. Ponadto badanie izolowanych narządów nie dało wyobrażenia o ich prawdziwej funkcji w warunkach holistycznego, nieuszkodzonego organizmu.

Metoda chronicznego eksperymentu. Największą zasługą nauki rosyjskiej w historii fizjologii było to, że jednemu z jej najbardziej utalentowanych i błyskotliwych przedstawicieli, IP Pawłowowi, udało się znaleźć wyjście z tego impasu. IP Pavlov był boleśnie świadomy niedociągnięć fizjologii analitycznej i ostrego eksperymentu. Znalazł sposób, by zajrzeć w głąb ciała bez naruszania jego integralności. Była to metoda chronicznego eksperymentu, prowadzona na zasadzie „chirurgii fizjologicznej”.

Na uśpionym zwierzęciu w sterylnych warunkach wykonywano wstępną skomplikowaną operację, umożliwiającą dostęp do tego lub innego narządu wewnętrznego, robiono „okno” w wydrążonym narządzie, wszczepiano rurkę przetoki lub wyprowadzano przewód gruczołu i zszywano go Skóra. Sam eksperyment rozpoczął się wiele dni później, kiedy rana się zagoiła, zwierzę wyzdrowiało i pod względem charakteru przebiegu procesów fizjologicznych praktycznie nie różniło się od normalnego, zdrowego. Dzięki narzuconej przetoce można było długo badać przebieg niektórych procesów fizjologicznych w naturalnych warunkach zachowania.

Fizjologia jest nauką badającą mechanizmy funkcjonowania organizmu w jego relacji ze środowiskiem (jest to nauka o życiu organizmu), fizjologia jest nauką eksperymentalną, a głównymi metodami nauk fizjologicznych są metody eksperymentalne. Jednak fizjologia jako nauka wywodzi się z nauk medycznych jeszcze przed naszą erą w starożytnej Grecji w szkole Hipokratesa, kiedy główną metodą badawczą była metoda obserwacji. Fizjologia wyłoniła się jako niezależna nauka w XV wieku dzięki badaniom Harveya i wielu innych przyrodników, a od końca XV do początku XVI wieku główną metodą w dziedzinie fizjologii była metoda metoda eksperymentu. W. Sechenov i I.P. Pavlov wniósł znaczący wkład w rozwój metodologii w dziedzinie fizjologii, w szczególności w rozwój chronicznego eksperymentu.

Literatura:

1. Fizjologia człowieka. Kosicki

2. Korbkow. normalna fizjologia.

3. Zimkin. Ludzka psychologia.

4. Fizjologia człowieka, wyd. Pokrovsky VN, 1998

5. Fizjologia DNB. Kogan.

6. Fizjologia człowieka i zwierząt. Kogan. 2 tyg.

7. wyd. Tkaczenko PI Ludzka psychologia. 3 t.

8. wyd. Nozdroczew. Fizjologia. Kurs ogólny. 2 tyg.

9. wyd. Kurajew. 3 v. Przetłumaczony podręcznik? ludzka psychologia.

Metoda obserwacji- najstarszy, zapoczątkowany przez dr. Grecja, była dobrze rozwinięta w Egipcie, na dr. Wschód, Tybet, Chiny. Istota tej metody polega na długoterminowej obserwacji zmian funkcji i stanów organizmu, utrwaleniu tych obserwacji iw miarę możliwości porównaniu obserwacji wizualnych ze zmianami zachodzącymi w organizmie po otwarciu. W Egipcie podczas mumifikacji otwierano zwłoki, obserwacje księdza pacjenta: zmiany na skórze, głębokość i częstotliwość oddychania, charakter i intensywność wydzieliny z nosa, ust, a także objętość i kolor moczu, jego przezroczystość, ilość i charakter wydalanego kału, jego kolor, tętno i inne wskaźniki, które porównywano ze zmianami w narządach wewnętrznych, zapisano na papirusie. Tak więc już poprzez zmianę kału, moczu, plwociny itp. wydalanych przez organizm. można było ocenić naruszenie funkcji jednego lub drugiego narządu, na przykład, jeśli kał jest biały, dopuszczalne jest założenie naruszenia funkcji wątroby, jeśli kał jest czarny lub ciemny, to jest można założyć krwawienie z żołądka lub jelit. Dodatkowym kryterium były zmiany barwy i turgoru skóry, obrzęk skóry, jej charakter, kolor twardówki, pocenie się, drżenie itp.

Hipokrates przypisywał charakter zachowania obserwowanym znakom. Dzięki uważnym obserwacjom sformułował doktrynę temperamentu, zgodnie z którą cała ludzkość dzieli się na 4 typy według cech zachowania: choleryk, sangwinik, flegmatyk, melancholik, ale Hipokrates pomylił się w fizjologicznym uzasadnieniu typów . Każdy typ opierał się na stosunku głównych płynów ustrojowych: sangvi – krew, flegma – płyn tkankowy, cholea – żółć, melancholea – czarna żółć. Naukowe teoretyczne uzasadnienie temperamentów zostało podane przez Pawłowa w wyniku długich badań eksperymentalnych i okazało się, że temperament opiera się nie na stosunku płynów, ale na stosunku nerwowych procesów pobudzenia i hamowania, stopnia ich nasilenia i przewaga jednego procesu nad innym, a także tempo zmian jednego procesu przez inne.

Metoda obserwacji jest szeroko stosowana w fizjologii (zwłaszcza w psychofizjologii), a obecnie łączy się ją z metodą chronicznego eksperymentu.

Metoda eksperymentu. Eksperyment fizjologiczny, w przeciwieństwie do zwykłej obserwacji, jest celową ingerencją w bieżące zarządzanie organizmem, mającą na celu wyjaśnienie natury i właściwości jego funkcji, ich związków z innymi funkcjami oraz z czynnikami środowiskowymi. Również interwencja wymaga często chirurgicznego przygotowania zwierzęcia, które może nosić: 1) ostre (wiwisekcja, od słowa vivo – żywy, sekcia – secu, czyli secu dla żywych), 2) przewlekłe (eksperymentalno-chirurgiczne) formy.

Pod tym względem eksperyment dzieli się na 2 typy: ostry (wiwisekcja) i przewlekły. Eksperyment fizjologiczny pozwala odpowiedzieć na pytania: co dzieje się w organizmie i jak to się dzieje.

Wiwisekcja jest formą eksperymentu przeprowadzanego na unieruchomionym zwierzęciu. Po raz pierwszy wiwisekcję zaczęto stosować w średniowieczu, ale szeroko zaczęto ją wprowadzać do nauk fizjologicznych w okresie renesansu (XV-XVII w.). Znieczulenie w tamtym czasie nie było znane i zwierzę było sztywno unieruchomione na 4 kończynach, podczas gdy cierpiało i wydawało rozdzierające serce okrzyki. Eksperymenty przeprowadzano w specjalnych pomieszczeniach, które ludzie nazywali „diabelskimi”. Stało się to przyczyną powstania grup i nurtów filozoficznych. Animalizm (trendy promujące humanitarny stosunek do zwierząt i opowiadający się za zaprzestaniem znęcania się nad zwierzętami, obecnie propagowany animalizm), witalizm (postulowanie, by nie przeprowadzać eksperymentów na zwierzętach nieuśpionych i ochotnikach), mechanizm (prawidłowo zidentyfikowany zachodzące w zwierzęciu procesy w przyrodzie nieożywionej, wybitnym przedstawicielem mechanizmu był francuski fizyk, mechanik i fizjolog Rene Descartes), antropocentryzm.

Od XIX wieku znieczulenie zaczęto stosować w ostrych eksperymentach. Doprowadziło to do naruszenia procesów regulacyjnych ze strony wyższych procesów ośrodkowego układu nerwowego, w wyniku czego naruszona zostaje integralność odpowiedzi organizmu i jego połączenie ze środowiskiem zewnętrznym. Takie stosowanie znieczulenia i nękania chirurgicznego podczas wiwisekcji wprowadza do ostrego eksperymentu niekontrolowane parametry, które są trudne do uwzględnienia i przewidzenia. Eksperyment ostry, jak każda metoda eksperymentalna, ma swoje zalety: 1) wiwisekcja - jedna z metod analitycznych, umożliwia symulowanie różnych sytuacji, 2) wiwisekcja umożliwia uzyskanie wyników w stosunkowo krótkim czasie; i wady: 1) w ostrym eksperymencie świadomość zostaje wyłączona, gdy stosuje się znieczulenie, a zatem integralność reakcji organizmu zostaje naruszona, 2) połączenie organizmu z otoczeniem jest zakłócone w przypadkach znieczulenia, 3) w przy braku znieczulenia dochodzi do niedostatecznego wydzielania hormonów stresu i endogennych (wytwarzanych wewnątrz organizmu) substancji morfinopodobnych endorfin, które mają działanie przeciwbólowe.

Wszystko to przyczyniło się do rozwoju chronicznego eksperymentu - długotrwałej obserwacji po ostrej interwencji i przywróceniu relacji z otoczeniem. Zalety chronicznego eksperymentu: ciało jest jak najbardziej zbliżone do warunków intensywnej egzystencji. Niektórzy fizjolodzy przypisują wady przewlekłego eksperymentu faktowi, że wyniki uzyskuje się w stosunkowo długim czasie.

Przewlekły eksperyment został po raz pierwszy opracowany przez rosyjskiego fizjologa I.P. Pawłowa, a od końca XVIII wieku był szeroko stosowany w badaniach fizjologicznych. W eksperymencie przewlekłym stosuje się szereg technik i podejść metodologicznych.

Metoda opracowana przez Pavlova to metoda nakładania przetok na narządy jamy brzusznej oraz na narządy posiadające przewody wydalnicze. Przodkiem metody przetokowej był Basow, jednak po wykonaniu przetoki jego metodą zawartość żołądka wpadała do probówki wraz z sokami trawiennymi, co utrudniało badanie składu soku żołądkowego, etapów trawienie, szybkość procesów trawienia i jakość wydzielonego soku żołądkowego dla różnych składów żywności.

Przetoki można nałożyć na żołądek, przewody ślinianek, jelita, przełyk itp. Różnica między przetoką Pawłowa a Basowską polega na tym, że Pawłow zastosował przetokę do „małej komory”, która została sztucznie wykonana chirurgicznie i zatrzymana regulacji trawiennej i humoralnej. Pozwoliło to Pawłowowi ujawnić nie tylko jakościowy i ilościowy skład soku żołądkowego do przyjmowania pokarmu, ale także mechanizmy nerwowej i humoralnej regulacji trawienia w żołądku. Ponadto pozwoliło to Pawłowowi zidentyfikować 3 etapy trawienia:

1) odruch warunkowy - wraz z nim uwalnia się apetyczny lub „zapłonowy” sok żołądkowy;

2) bezwarunkowa faza odruchowa - sok żołądkowy jest wydzielany na przychodzący pokarm, niezależnie od jego składu jakościowego, ponieważ. w żołądku znajdują się nie tylko chemoreceptory, ale także niechemoreceptory, które reagują na objętość pokarmu,

3) faza jelitowa - po dostaniu się pokarmu do jelit następuje wzmożone trawienie.

Za swoją pracę w dziedzinie trawienia Pawłow otrzymał Nagrodę Nobla.

Heterogenne znieczulenia nerwowo-naczyniowe lub nerwowo-mięśniowe. Jest to zmiana w narządzie efektorowym w genetycznie uwarunkowanej nerwowej regulacji funkcji. Przeprowadzenie takich znieczuleń ujawnia brak lub obecność plastyczności neuronów lub ośrodków nerwowych w regulacji funkcji, tj. czy nerw kulszowy z pozostałą częścią kręgosłupa może kontrolować mięśnie oddechowe.

W znieczuleniach nerwowo-naczyniowych narządami efektorowymi są naczynia krwionośne, a zatem znajdujące się w nich chemo- i baroreceptory. Anastenozy można wykonywać nie tylko na jednym zwierzęciu, ale także na różnych zwierzętach. Na przykład, jeśli znieczulenie nerwowo-naczyniowe zostanie wykonane u dwóch psów w strefie szyjnej (rozgałęzienie łuku tętnicy szyjnej), to możliwe jest określenie roli różnych części ośrodkowego układu nerwowego w regulacji oddychania, hematopoezy, i napięcie naczyniowe. W tym samym czasie u psa dennego zmienia się sposób wdychania powietrza, a regulacja jest widoczna u innego.

Transplantacje różnych narządów. Przesadzanie i usuwanie narządów lub różnych części mózgu (wytępienie). W wyniku usunięcia narządu powstaje niedoczynność danego gruczołu, w wyniku przesadzania powstaje sytuacja nadczynności lub nadmiaru hormonów danego gruczołu.

Wytępienie różnych części mózgu i naczyń wieńcowych ujawnia funkcje tych działów. Na przykład po usunięciu móżdżku ujawniono jego udział w regulacji ruchu, utrzymaniu postawy i odruchach statokinetycznych.

Usunięcie różnych części kory mózgowej umożliwiło Brodmanowi sporządzenie mapy mózgu. Podzielił korę na 52 pola według elementów funkcjonalnych.

Metoda przecięcia rdzenia kręgowego. Pozwala określić funkcjonalne znaczenie każdego działu ośrodkowego układu nerwowego w regulacji funkcji somatycznych i trzewnych organizmu, a także w regulacji zachowania.

Implantacja elektronów w różnych częściach mózgu. Pozwala określić aktywność i znaczenie funkcjonalne określonej struktury nerwowej w regulacji funkcji organizmu (motorycznych, trzewnych i psychicznych). Elektrody wszczepiane do mózgu są wykonane z materiałów obojętnych (to znaczy muszą być odurzające): platyny, srebra, palladu. Elektrody pozwalają nie tylko ujawnić funkcję jednego lub drugiego obszaru, ale odwrotnie, zarejestrować, w której części mózgu pojawienie się wywołuje potencjał (BT) w odpowiedzi na określone funkcje funkcjonalne. Technologia mikroelektrod daje człowiekowi możliwość badania fizjologicznych podstaw psychiki i zachowania.

Wszczepienie kaniuli (mikro). Perfuzja to przepuszczanie roztworów o różnym składzie chemicznym przez nasz składnik lub przez obecność w nim metabolitów (glukozy, PCW, kwasu mlekowego) lub przez zawartość substancji biologicznie czynnych (hormony, neurohormony, endorfiny, enkefaminy itp.). Kaniula umożliwia wstrzykiwanie roztworów o różnej zawartości w określony obszar mózgu i obserwację zmian czynnościowych czynności ze strony aparatu ruchu, narządów wewnętrznych czy zachowania, aktywności psychicznej.

Technologia mikroelektrod i koniugacja są wykorzystywane nie tylko u zwierząt, ale także u ludzi podczas operacji mózgu. W większości przypadków odbywa się to w celach diagnostycznych.

Wprowadzenie znakowanych atomów i późniejsza obserwacja na pozytonowym tomografie emisyjnym (PET). Najczęściej podaje się auroglukozę znakowaną złotem (złoto + glukoza). Według figuratywnego wyrażenia Greene'a, ATP jest uniwersalnym dawcą energii we wszystkich żywych organizmach, aw syntezie i resyntezie ATP glukoza jest głównym substratem energetycznym (resynteza ATP może zachodzić również z fosforanu kreatyny). Dlatego ilość zużytej glukozy służy do oceny czynności funkcjonalnej określonej części mózgu, jej syntetycznej aktywności.

Glukoza jest zużywana przez komórki, podczas gdy złoto nie jest wykorzystywane i gromadzi się w tym obszarze. Według multiaktywnego złota, jego ilość ocenia się na podstawie aktywności syntetycznej i funkcjonalnej.

metody stereotaktyczne. Są to metody, w których wykonuje się operacje chirurgiczne wszczepienia elektrod w określony obszar mózgu zgodnie z matrycą stereotaktyczną mózgu, po czym następuje rejestracja przypisanych szybkich i wolnych biopotencjałów, z rejestracją potencjałów wywołanych, a także rejestracja EEG, miogramy.

Przy ustalaniu nowych celów i celów jedno i to samo zwierzę może być wykorzystywane przez długi czas do obserwacji, zmiany lokalizacji mikroelementów lub perfuzji różnych obszarów mózgu lub narządów różnymi roztworami zawierającymi nie tylko substancje biologicznie czynne, ale także metabolity, substraty energetyczne (glukoza, fosforan kreotyny, ATP).

metody biochemiczne. Jest to duża grupa metod, za pomocą których w krążących płynach, tkankach, a czasem i narządach oznacza się poziom kationów, anionów, pierwiastków zjonizowanych (makro i mikroelementy), substancji energetycznych, enzymów, substancji biologicznie czynnych (hormonów itp.) . Metody te są stosowane in vivo (w inkubatorach) lub w tkankach, które nadal wydzielają i syntetyzują wytworzone substancje do pożywki inkubacyjnej.

Metody biochemiczne umożliwiają ocenę czynności czynnościowej konkretnego narządu lub jego części, a czasem nawet całego układu narządów. Na przykład poziom 11-OCS może służyć do oceny czynności funkcjonalnej strefy wiązkowej kory nadnerczy, ale poziom 11-OCS może być również używany do oceny czynności czynnościowej układu podwzgórze-przysadka-nadnercza . Ogólnie rzecz biorąc, ponieważ 11-OCS jest produktem końcowym połączenia obwodowego kory nadnerczy.

Metody badania fizjologii DNB. Umysłowa praca mózgu przez długi czas pozostawała niedostępna dla nauk przyrodniczych w ogóle, aw szczególności dla fizjologii. Głównie dlatego, że oceniano go na podstawie doznań i wrażeń, tj. stosując metody subiektywne. O powodzeniu w tej dziedzinie wiedzy zaczęto oceniać aktywność umysłową (GNA) obiektywną metodą odruchów warunkowych o różnym stopniu złożoności rozwoju. Na początku XX wieku Pavlov opracował i zaproponował metodę rozwijania odruchów warunkowych. Na podstawie tej techniki możliwe są dodatkowe metody badania właściwości DNB i lokalizacji procesów DNB w mózgu. Spośród wszystkich technik najczęściej stosowane są następujące:

Sprawdzenie możliwości kształtowania się różnych form odruchów warunkowych (na dźwięk, na kolor itp.), co pozwala ocenić warunki percepcji pierwotnej. Porównanie tych granic u zwierząt różnych gatunków pozwala na ujawnienie kierunku, w jakim przebiegała ewolucja systemów sensorycznych GNA.

Ontogenetyczne badanie odruchów warunkowych. Badane złożone zachowanie zwierząt w różnym wieku pozwala ustalić, co w tym zachowaniu jest wrodzone, a co nabyte. Na przykład Pawłow wziął szczenięta z tego samego miotu i karmił niektóre mięsem, a inne mlekiem. Po osiągnięciu dorosłości rozwinął u nich odruchy warunkowe i okazało się, że u tych psów, które otrzymywały mleko od dzieciństwa, wykształciły się odruchy warunkowe na mleko, a u psów, które były karmione mięsem od dzieciństwa, odruchy warunkowe łatwo rozwijały się na mięso . Dlatego psy nie mają ścisłych preferencji co do rodzaju pokarmu mięsożernego, najważniejsze jest to, aby był kompletny.

Filogenetyczne badanie odruchów warunkowych. Porównując właściwości odruchu warunkowego zwierząt o różnym stopniu rozwoju, można ocenić, w jakim kierunku zmierza ewolucja DNB. Na przykład okazało się, że tempo powstawania odruchów warunkowych gwałtownie u bezkręgowców i kręgowców zmienia się stosunkowo subtelnie w historii rozwoju kręgowców i nagle osiąga zdolność osoby do natychmiastowego łączenia zbieżnych zdarzeń (imprinting), imprinting jest również charakterystyczne dla ptaków lęgowych (kaczątka wyklute z jaj mogą podążać za dowolnym obiektem: kurą, człowiekiem, a nawet poruszającą się zabawką). Przejścia między bezkręgowcami a kręgowcami, kręgowcami i człowiekiem odzwierciedlały krytyczne etapy ewolucji związane z pojawieniem się i rozwojem GNA (owady mają niekomórkowy układ nerwowy, koelenteraty mają typ siatkowaty, u kręgowców rurkowaty, u ptaków pojawiają się zwoje kuliste, niektóre powodują wysoki rozwój odruchów warunkowych. U ludzi kora mózgowa jest dobrze rozwinięta, co powoduje skok.

Ekologiczne badanie odruchów warunkowych. Potencjał czynnościowy powstający w komórkach nerwowych zaangażowanych w tworzenie połączeń odruchowych umożliwia identyfikację głównych ogniw odruchu warunkowego.

Szczególnie ważne jest, aby wskaźniki bioelektroniczne umożliwiały obserwację powstawania odruchu warunkowego w strukturach mózgu jeszcze zanim pojawi się on w odruchach motorycznych lub wegetatywnych (trzewnych) organizmu. Bezpośrednia stymulacja struktur nerwowych mózgu umożliwia przeprowadzenie eksperymentów modelowych nad tworzeniem połączeń nerwowych między sztucznymi ogniskami pobudzenia. Możliwe jest również bezpośrednie określenie, jak zmienia się pobudliwość uczestniczących w nim struktur nerwowych podczas odruchu warunkowego.

Działanie farmakologiczne w tworzeniu lub zmianie odruchów warunkowych. Wprowadzając określone substancje do mózgu, można określić, jaki mają one wpływ na szybkość i siłę powstawania odruchów warunkowych, na zdolność odtworzenia odruchu warunkowego, co pozwala ocenić ruchomość funkcjonalną ośrodkowego układu nerwowego, a także stan funkcjonalny neuronów korowych i ich wydajność. Stwierdzono na przykład, że kofeina zapewnia powstawanie odruchów warunkowych, gdy komórki nerwowe są bardzo wydajne, a gdy ich wydajność jest niska, nawet niewielka dawka kofeiny powoduje, że pobudzenie komórek nerwowych jest nie do zniesienia.

Stworzenie eksperymentalnej patologii aktywności odruchu warunkowego. Na przykład chirurgiczne usunięcie płatów skroniowych kory mózgowej prowadzi do głuchoty umysłowej. Metoda wytępienia ujawnia funkcjonalne znaczenie obszarów kory, podkory i pnia mózgu. W ten sam sposób określa się lokalizację korowych końców analizatorów.

Modelowanie procesów czynności odruchu warunkowego. Pawłow przyciągnął także matematyków, aby wyrazić za pomocą wzoru ilościową zależność powstawania odruchu warunkowego od częstotliwości jego wzmocnienia. Okazało się, że u większości zdrowych zwierząt, w tym ludzi, odruch warunkowy rozwinął się u zdrowych ludzi po 5 wzmocnieniach bodźcem bezwarunkowym. Jest to szczególnie ważne w hodowli psów służbowych oraz w cyrku.

Porównanie psychologicznych i fizjologicznych przejawów odruchu warunkowego. Wspieraj dobrowolną uwagę, lot, efektywność uczenia się.

Porównanie objawów psychologicznych i fizjologicznych z biopierwiastkami oraz morfologicznych z biokinetycznymi: produkcja białek pamięci (S-100) lub obszarów substancji biologicznie czynnych w tworzeniu odruchów warunkowych. Udowodniono, że wprowadzenie wazoprocesji powoduje szybszy rozwój odruchów warunkowych (naczyniociśnienie jest neurohormonem wytwarzanym w podwzgórzu). Zmiany morfologiczne w strukturze neuronu: neuron nagi przy urodzeniu i z denurytami u osoby dorosłej.

Laboratorium nr 1

Temat: Metody wytępienia i przesadzania

Cel: Zapoznanie z metodami usuwania i przesadzania przytarczyc. Modelowanie niedoczynności i nadczynności przytarczyc.

Sprzęt: zwierzęta laboratoryjne (5 szczurów), elektrokoagulator, pęseta, nożyczki, skalpel, jod, igły do ​​zszywania skóry, materiał na szwy, stół operacyjny, eter znieczulający, lejek.

Postęp

Praca 1. Modelowanie niedoboru parathormonu u szczurów.

Niedobór parathormonów powstaje w wyniku usunięcia obu przytarczyc aparatem elektrochirurgicznym wysokiej częstotliwości EH-30. Zasada działania urządzenia jest następująca: pod wpływem prądu o wysokiej częstotliwości dochodzi do gwałtownego nagrzania tkanek i odparowania zawartości komórek. Urządzenie pracuje w 2 trybach: „cięcie” i „koagulacja”. Usunięcie gruczołów odbywa się w trybie koagulacji cienką elektrodą, d jest w przybliżeniu równa wielkości PTG. Do koagulacji gruczołów wystarczy kontakt przez 1-1,5 s. W trybie cięcia dławiki mogą być wychylone. Zaletą koagulacji w porównaniu z ekstylacją PTG jest wykluczenie utraty krwi i nieuszkodzenie tkanki tarczycy. Okres pooperacyjny 2 tygodnie.

praca 2. Modelowanie nadmiaru hormonów przytarczyc u szczurów.

Metodę przeszczepu PTG wykorzystano do symulacji nadczynności przytarczyc. Istota metody polega na przeszczepieniu szczurom biorcom pod skórę szyi 3 par PTG od 3 szczurów dawców. Dawcy szczurów powinni mieć w przybliżeniu taką samą wagę jak szczur biorcy.

Dawcy pod narkozą eterową wykonują nacięcie skóry w okolicy przedniego zagęszczenia szyi o długości 2-3 cm, dzięki czemu mięśnie są rozsuwane tępo, umożliwiając dostęp do PTG. W tym stanie szczura-dawcę umieszcza się pod lejkiem, kontynuując znieczulenie eterem. Przed operacją zwierzę-biorcę ustawiono na grzbiecie na stole operacyjnym, a także u dawców szczurów wykonano nacięcie skóry o długości 2–3 cm w obszarze przedniego zagęszczenia szyi. Następnie? Wykonano skalpelem 6 płytkich nacięć w tkance podskórnej, która służyła jako swego rodzaju komórki do przeszczepienia PTG. Następnie PTG szybko odcięto od 3 szczurów dawców i umieszczono w przygotowanych nacięciach u szczura biorcy. Nacięcie skóry biorcy zaszyto jedwabiem chirurgicznym i potraktowano jodem. W kolejnych dniach dokonano rewizji rany operacyjnej. Całkowite wygojenie rany obserwowano po 7-8 dniach. Przeszczep PTG dobrze się zakorzenia. Ten model ust. hormony pozwala zapewnić całodobowy wzrost jego poziomu we krwi dzięki naturalnej parze. hormon.

Przydział do samodzielnej pracy.

Obserwować stan operowanych zwierząt aż do całkowitego zagojenia się rany i ponownego włączenia ich do doświadczenia.

Po 2 tygodniach oznaczyć u operowanych zwierząt poziom wapnia całkowitego, który pośrednio wskazuje na czynność czynnościową PTG i c-komórek tarczycy, a także poziom 11-OKS, który zmienia się zarówno w odpowiedzi na stres ekspozycji chirurgicznej oraz w odpowiedzi na upośledzoną funkcję PTG (dokładniej na zaburzenie homeostazy wapniowej).

Laboratorium nr 2

Praca 1. Obustronne wycięcie jajników.

Aby zbadać elektrogeny w adaptacyjnej aktywności organizmu, samice szczurów poddano obustronnemu wycięciu jajników. Operację przeprowadza się zgodnie z zaleceniami zawartymi w instrukcji Bunoka z 1968 roku.

Zwierzęta znieczulono eterem i ustawiono na stole operacyjnym w pozycji leżącej. Wełna na brzuchu od mostka do okolicy łonowej została odcięta, a skórę potraktowano alkoholem. Ostrożnie skalpelem, aby nie uszkodzić jelit, wykonano podłużne nacięcie o długości 4-5 cm wzdłuż szkodliwej linii brzucha. Znajdując prawy lub lewy róg macicy, badając dalej wzdłuż jajowodu, znajdujemy jajnik. Przebijamy podwiązanie na górnej części jajowodu oraz więzadło podtrzymujące jajnik, po czym czoło zostaje przecięte nożyczkami. W ten sam sposób usunięto drugi jajnik. Następnie mięśnie i koniec zszyto, a szew potraktowano 5% nalewką jodową.

Po operacji zwierzęta umieszczano w czystej klatce, przez pierwsze 4-5 dni codziennie dezynfekowano ranę. Gojenie rany następowało po 8-10 dniach.

Praca 1. Jednostronna adrenalektomia.

Do symulacji endogennego niedoboru glukokortykoidów u zwierząt poddanych AE (adrenalektomii).

Operacyjne usunięcie jednego nadnercza wykonano według metody przedstawionej w podręczniku Kabaka Ya.M. Operację przeprowadzono w znieczuleniu eterowym. Szczura ustawiono na stole operacyjnym w pozycji leżącej. Po lewej stronie kręgosłupa obcięto włosy i pole operacyjne potraktowano jodem. Cięcie skóry i mięśni wykonano w odległości 1 cm na lewo od kręgosłupa, cofając się 1,5 cm w dół od łuku żebrowego. Następnie małe nacięcie mięśnia poszerzono haczykami. Nadnercza wraz z otaczającą tkanką tłuszczową i rdzeniem tkanki łącznej uchwycono kleszczami anatomicznymi i usunięto. Rana chirurgiczna została zszyta warstwami.

W okresie pooperacyjnym każdą ranę codziennie leczono środkami antyseptycznymi. Wygojenie nastąpiło po 5-7 dniach.

Wniosek: Owario- i adrenalektomia jednocześnie doprowadziły do ​​gwałtownego spadku zdolności adaptacyjnych zwierząt z powodu braku równowagi hormonalnej (niedoczynność nadnerczy doprowadziła do hipokartyzmu i hipoestrogenii) i śmierci w 9 dniu po operacji.

Laboratorium nr 3

Temat: Sposoby podawania preparatów farmaceutycznych zwierzętom laboratoryjnym. metody testowania.

Cel: Zapoznanie się z metodami i metodami podawania farmaceutyków oraz różnego rodzaju obciążeń doustnych i pozajelitowych zwierzętom laboratoryjnym.

Sprzęt: strzykawki do podawania doustnego, domięśniowego i dojelitowego, substancje lecznicze lub obciążenie wodą, 2 lejki z nakrętkami, 2 probówki do pobierania moczu (pokojowe), 2 pieluchy, roztwór petuitryny (zawiera hormon antydiuretyczny - wadopresynę), sól fizjologiczna, woda destylowana.

Postęp

Praca 1. Wpływ wody i obciążenia hipersomatycznego na diurezę. Wpływ hormonu antydiuretycznego na diurezę.

Zważ szczury i zapisz masę ciała. Następnie podać szczurom porcję wody przez podanie doustne. Aby to zrobić, powiesić szczura na statywie „miękko”, zawinąć go, zaczerpnąć ciepłą wodę (37 ° C) do strzykawki podłączonej do sondy w tempie 5% masy ciała. Trzymając szczura pionowo, włóż sondę do ust i ostrożnie wsuń ją do żołądka, aż się zatrzyma, po czym ze strzykawki stopniowo wyciska się wodę. Następnie jednemu szczurowi wstrzykuje się petuitrynę w dawce 20 ml na 100 g masy ciała. Następnie oba szczury umieszcza się w lejkach i zbiera się mocz przez 1 godzinę. Petuitrynę podaje się domięśniowo. W tym celu chwytają kortsangiem skórę głowy i jednocześnie jedną ręką trzymają kortsang i ogon szczura, starając się, aby szczur dotykał powierzchni stołu wszystkimi 4 łapami i jego wymiarami odpowiadają wymiarom fizjologicznym. Drugą ręką wykonuje się zastrzyk w udo (mięśnie), podczas gdy tylna łapa jest trzymana razem z ogonem.

Wniosek: Bez petuitryny: 1,2 ml, z petuitryną 0,7 ml, tj. Petuitryna sprzyja zatrzymywaniu wody w organizmie.

Sposób podawania pozajelitowego. Stosuje się ją, gdy podawane substancje muszą jak najszybciej dostać się do ogólnego krążenia oraz w przypadku, gdy objętość podanych leków przekracza dawki dopuszczalne do podania domięśniowego. Przy pozajelitowej drodze podawania objętość może osiągnąć 5 cm 3. Pozajelitowo preferowane jest podawanie oleistych roztworów substancji leczniczych.

Przy pozajelitowej drodze podania zwierzę trzyma się do góry nogami, nie należy pozwalać zwierzęciu na gwałtowne ruchy w pozycji zgiętej. W tym celu zwierzę mocuje się corzangiem za głową i rękami za ogonem. Za pomocą pęsety anatomicznej lub małego zacisku Kochera naciąga się ścianę brzucha, podczas gdy narządy jamy brzusznej opadają, następnie nakłuwam ścianę brzucha, mocując 2 nakłucia: 1 przez skórę, 2 przez ścianę mięśniową otrzewnej. Następnie lek wstrzykuje się do jamy brzusznej. Dowodem prawidłowego podania leku do jamy brzusznej jest brak powikłań w jamie brzusznej oraz aktywny stan zwierzęcia po iniekcji, pod warunkiem podania substancji nieodurzających. Za jednym nakłuciem wprowadzenie będzie podskórne.

Laboratorium nr 4

Temat: Metody badań biologicznych.

Cel: Zapoznanie się z metodami biologicznego badania czynności czynnościowej układu podwzgórzowo-przysadkowo-nadnerczowego.

Sprzęt: przysadka mózgowa szczura biorcy, podwzgórze szczura biorcy, szczur dawca, odczynniki potrzebne do przygotowania wyciągu z przysadki i podwzgórza, kleszcze, zacisk Kochera, strzykawka dożylna, nożyczki, heparyna, probówki do pobierania krwi, statyw, waga torsyjna, łaźnia wodna, termometr, eter do znieczulenie.

Postęp

Praca 1. Oznaczanie zawartości kortykotropiny w przysadce mózgowej.

Celem metody jest określenie wzrostu objętości 11-OCS w osoczu krwi szczurów biorców. Po podaniu im testowych ekstraktów z przysadki mózgowej. W celu określenia zawartości kortykotrypiny budowana jest wstępnie krzywa oscylacyjna.

Technika oznaczania: przysadkę zważono na wadze skrętnej i umieszczono w pudełku z bezwodnym acetonem na 10 dni. Następnie przysadkę zważono i dokładnie roztarto w 100 ml lodowatego kwasu octowego. Sztyft przepłukano taką samą ilością kwasu octowego. Następnie kubek umieszczono w łaźni wodnej i odparowywano w temperaturze t 70 około C przez 30 minut. Otrzymany ekstrakt rozcieńczono w 2 ml bidestylatu i zobojętniono 1 molowym NaHCO3, następnie rozcieńczono do pożądanej masy roztworem Krebsa-Ringera zawierającym wodorowęglan i glukozę. Przy rozcieńczaniu ekstraktów z przysadki wzięto pod uwagę, że jednemu szczurowi biorcy należy podać 100 μg proszku acetonowego.

Testy biologiczne w celu określenia zawartości kortykotropiny w przysadce mózgowej korzystnie przeprowadza się na samcach szczurów. W przeddzień eksperymentu szczurom wstrzyknięto podskórnie prednizon w dawce 6 mg na 100 g masy ciała. Wskazana dawka kortykosteroidu na zasadzie sprzężenia zwrotnego blokuje układ przysadkowo-nadnerczowy szczurów biorców, zatrzymując endogenne wydzielanie kortykotropiny. Dzień później oznacza się u szczurów poziom 11-OCS w osoczu krwi. Wymaganą ilość ekstraktu z przysadki podawano dożylnie, a poziom 11-OCS ponownie oznaczano 1 godzinę po podaniu badanych ekstraktów z przysadki szczurom biorcom. Za pomocą krzywej „logarytmu efektu dole” określono zawartość kortykotropiny w przysadce szczura doświadczalnego w tkance miodu/100 mgm.

Laboratorium nr 5

Temat: Metody biochemiczne w fizjologii.

Lekcja 1. Oznaczanie 11-OCS w osoczu krwi.

Cel: określenie zmiany objętości 11-OCS w osoczu krwi po ekspozycji na interwencję chirurgiczną w eksperymencie fizjologicznym.

Metodologia: 1. Pobrać od zwierzęcia 1-1,5 ml krwi (z żyły ogonowej lub udowej);

2. Wiruj krew przez 10 minut przy 2000 obr./min;

3. Oddzielić osocze od uformowanych elementów i przenieść do probówki z uziemionym korkiem. Osocze powinno mieć 1 ml lub być doprowadzone do tej ilości bidystylatem.

4. Do probówki dodać 6 ml heksanu, wstrząsać przez 20 s. To usuwa cholesterol z osocza. Usunąć zużyte heksany strumieniową pompą wodną.

5. Dodać 10 ml chloroformu, wstrząsać przez 1 min. W tym przypadku kortykosteroidy rozpuszczają się w chloroformie. Usuń pozostałą frakcję osocza za pomocą pompy.

6. Przemyć ekstrakt 0,1 M roztworem NaOH, dodając 1 ml. Wstrząsać przez 1 minutę i usunąć strumieniem wody.

8. Następnie pobrać 8 ml ekstraktu i przenieść do czystej, suchej probówki ze szlifowanym korkiem.

9. Dodaj 6 ml mieszaniny alkoholu absolutnego (etylowego) z H 2 SO 4 do ekstraktu, który wytrzymuje próbę w Savamo. Stosunek alkoholu i kwasu wynosi 1:3 (3 alkohole i 1 kwas). Wstrząsać przez 1 min i pozostawić na zimno w ciepłym miejscu na godzinę. W tym samym czasie kortykosteroidy rozpuszczają się w mieszaninie kwasu i alkoholu. Następnie objętość 11-OKS określa się za pomocą spektrofotometru Kvanta.

Sprzęt: podwójny zestaw probówek z korkami, statywy, probówki wirówkowe, pompa strumieniowa, 3 pipety 1 ml, 2 pipety 10 ml, 1 pipeta 6 ml.

Odczynniki: bidestylat, heksan, 0,1 roztwór NaOH, chloroform, 100% etanol, H2SO4 według Sawamo (100%).

Metody badania stanu emocjonalnego szczurów

1. Test otwartego pola

Utajony okres wyjścia z centralnego placu, liczba linii skrzyżowanych, pionowe postawy, zbadane dziury, popłuczyny, wypróżnienia. Na podstawie czasu trwania okresu utajonego wyjścia z centralnego placu i liczby przekreślonych linii oceniano aktywność ruchową, liczbę stojaków pionowych i badanych otworów oceniano na podstawie aktywności eksploracyjnej, liczba myć wskazywała na stan emocjonalny, a niepokój oceniano na podstawie liczby wypróżnień.

2. Wieloparametryczna metoda określania stanu lękowo-fobicznego u szczurów

Cel: ocenić złożoną charakterystykę indywidualnego poziomu lęku i fobii zwierzęcia.

Metodologia: badanie przeprowadza się w otwartym terenie przy oświetleniu elektrycznym o natężeniu 3000 luksów w ustalonym czasie.

Test 1. Utajony okres zejścia z wysokości. Ten test służy do oceny intensywnych zachowań obronnych u szczurów. Szczury umieszcza się w piórniku wykonanym z nieprzezroczystego materiału o wymiarach 20x14x14 cm i odnotowuje się czas zejścia z piórnika, gdy szczur dotyka pola wszystkimi 4 łapami.

Test 2. Utajony okres przejścia przez otwór. Szczura umieszcza się w przezroczystym pojemniku, podzielonym w poprzek na 2 przedziały z otworem 7x10 cm w przegrodzie. Czynność uważa się za zakończoną, gdy szczur wejdzie do przedziału 2 obiema łapami. Jeśli występują wahania podczas wykonywania akcji, zaglądania do dołka lub rozpoczętego, ale nie zakończonego transferu, punktacja wynosi 0,5 punktu.

Test 3. Czas wyjść z domu. Zwierzę umieszcza się w przezroczystym domku z pleksiglasu 16x15x12 cm, a wyjście zamyka się klapą na 15 minut. Odliczanie czasu rozpoczyna się od momentu otwarcia wyjścia. W testach 1-3 szczur był zawracany ze środowiska doświadczalnego nie wcześniej niż 20 minut po wykonaniu odpowiedniej czynności lub po upływie czasu testu (180 s) w przypadku niewykonania czynności. Odstępy między testami wynoszą co najmniej 15 minut.

Test 4. Wyjdź ze środka otwartego pola. Ten test pozwala zidentyfikować reakcje lękowe związane ze spadkiem aktywności ruchowej. Testy rozpoczęto od umieszczenia szczura na środku pola i od tego momentu rejestrowano czas, w którym zwierzę odwiedziło 4 centralne kwadraty.

Za testy 1-4 wystawiano oceny zgodnie ze skalą:

Próba 5 Ocena funkcjonowania reakcji przechyłu spontanicznej i przy gwałtownej zmianie oświetlenia w warunkach otwartego pola. Po 180 s od momentu umieszczenia zwierzęcia w polu oświetlenia nastąpiła gwałtowna zmiana oświetlenia: wyłączenie jasnego światła i włączenie prostej lampy na 60 s, po czym oświetlenie zostało przywrócone. Przez 300 s obserwacji wyznaczano zmierzoną w kwadratach odległość, na której zwierzę cofało się. Bez zmian 0 punktów, pół kwadratu - 1 b, do 2 kwadratów - 2 b, powyżej 2 kwadratów - 3 b.

Test 6. Nadmuchiwanie-2. Próba podniesienia zwierzęcia przez eksperymentatora. Również doceniony.

Test 7. Reakcja wokalizacji.

Test 8. Reakcja zamarzania. Zwierzę zastyga w napiętej pozie na wyprostowanych nogach lub przylegając do podłogi, czasem ze spłaszczonymi uszami i zamkniętymi oczami.

Test 9. Uciskanie uszu.

Testy 6-9 przeprowadza się stopniowo zbliżając rękę eksperymentatora od strony pyska, tak aby szczur mógł zobaczyć rękę. Podejście ręki do zwierzęcia odbywa się 2-3 razy z rzędu. Stopień:

0 b. - brak reakcji

1 b. - reakcja podczas głaskania

2 b. - reakcja przy zbliżaniu się do ręki

3b. - reakcja utrzymuje się po usunięciu ręki

W przypadku wystąpienia spontanicznych reakcji w testach 7-9, za każdy dodano 3 dodatkowe punkty. Następnie obliczono łączną punktację wszystkich testów, która posłużyła do oceny ogólnego poziomu lęku (indeks integralny lęku IPT).

Wniosek dotyczący glukozy: po skonstruowaniu krzywej kalibracyjnej (która jest określona przez 10 standardowych rozmiarów) stwierdzono, że krew zwierzęcia doświadczalnego zawierała 42 mm (l glukozy).

Badanie fizjologicznych mechanizmów zachowania zwierząt jest najintensywniej rozwijającą się dziedziną wiedzy, którą w naszym kraju tradycyjnie określa się jako fizjologię wyższych czynności nerwowych. Zainteresowanie tą nauką znacznie wzrosło w ostatnich dziesięcioleciach, przede wszystkim ze względu na potrzeby technicznego modelowania systemów i procesów zachodzących w mózgu, zjednoczonych w koncepcji sztucznej inteligencji. Naturalnie sama nauka o mózgowych mechanizmach zachowania i psyche została wzbogacona o idee cybernetyczne, powstały nowe obszary badań - bionika, neurocybernetyka itp.

BADANIE FIZJOLOGICZNYCH PODSTAW ZACHOWANIA

Ewolucja gatunków jest wynikiem poprawy adaptacji do zmieniających się warunków środowiskowych. Organizmy wyższe mogą istnieć tylko w stosunkowo wąskim zakresie czynników fizycznych (temperatura, promieniowanie, grawitacja) i chemicznych (zasoby metabolitów, elektrolitów i wody, skład atmosfery), które są określone przez genetycznie uwarunkowane właściwości morfologiczne i metaboliczne. Uzupełnieniem statycznych form adaptacji są stale zmieniające się adaptacje dynamiczne organizmu do środowiska. Zachowanie to, w najszerszym tego słowa znaczeniu, opiera się na regulacji aktywności metabolicznej w ogóle, aw szczególności na kontroli określonych układów wykonawczych. Mięśnie i gruczoły są najważniejszymi organami wykonawczymi, które zapewniają prawie wszystkie formy zachowania organizmów wyższych. Ciało jest wyposażone w różnorodne receptory zdolne do postrzegania właściwości środowiska i przekształcania ich w znaczące informacje. Zachowanie jest determinowane przez środowisko i pośredniczone przez centralne mechanizmy, które oceniają napływające informacje i tworzą najbardziej odpowiednie odpowiedzi.

Głównym celem zachowania jest zapewnienie przetrwania osobnika lub gatunku. Akty behawioralne można dowolnie podzielić na reakcje smakowe, mające na celu osiągnięcie niezbędnych warunków zewnętrznych (np. przechowywanie lub spożywanie pokarmu, krycie), oraz reakcje o przeciwnym znaku, w tym ucieczka Lub unikanie szkodliwych czynników(np. temperatura, promieniowanie, uszkodzenia mechaniczne) często tworzą się czynniki środowiskowe ciągłość, pewien zakres, który zwierzę preferuje, podczas gdy inny zakres unika. Zwierzę porusza się w wielowymiarowym gradiencie czynników środowiskowych, aby zoptymalizować całkowitą ilość odbieranych bodźców (np. gdy dostęp do pożywienia można uzyskać tylko w niekorzystnych zakresach temperatur lub optymalnych, a nawet szkodliwych bodźcach mechanicznych).

Taki schemat relacji między organizmami a środowiskiem sugeruje istnienie hipotetyczne stany centralne(Na przykład, napęd, motywacja) które uruchamiają i wspierają określone zachowania. Przyjmuje się, że organizm posiada model optymalnych stanów wewnętrznych (i zewnętrznych) oraz że każde zachowanie podlega ciągłej ocenie w zależności od zmniejszania się lub zwiększania rozbieżności między tym modelem a stanem rzeczywistym. Istotne są warunki środowiskowe, do których organizm dąży atrakcyjne zachęty i ci, których się unika) są bodźce awersyjne. Modyfikacja i kontrola zachowania (uwarunkowanie instrumentalne) poprzez prezentację bodźców przyciągających lub eliminację bodźców awersyjnych nazywane są odpowiednio pozytywny Lub negatywne wzmocnienie. Połączenie określonego zachowania z bodźcami awersyjnymi nazywa się kara i prowadzi do stłumienia tego zachowania.

Oprócz odpowiedzi na pytanie, dlaczego zwierzę działa, równie ważne jest zrozumienie, jak ono działa. Teoria odruchów zaproponowana przez Kartezjusza w XVII wieku wywarła wpływ na myślenie fizjologów i psychologów i nadal jest ważnym punktem wyjścia współczesnej neurofizjologii. Podstawowy repertuar behawioralny jest sztywno osadzony w pewnych sieciach neuronowych, które wiążą określoną reakcję (odpowiedź bezwarunkowa – BR) z określonym bodźcem (bodziec bezwarunkowy – BS). Te wrodzony(nie nabyte podczas treningu) reakcje są uzupełniane reakcje nabyte (uwarunkowane). do bodźców początkowo neutralnych, które wielokrotnie łączone z BR stają się bodźcami warunkowymi (CS), tj. sygnałami przestrzennego i/lub czasowego podejścia BR (Pavlov, 1927).

Jeśli zachowanie wrodzone odzwierciedla genetycznie zakodowane reakcje nabywane przez pokolenia w procesie doboru naturalnego, to zachowanie nabyte indywidualnie wiąże się z doświadczeniami zapisanymi w pamięci organizmu. Sekwencja zdarzeń zewnętrznych i/lub wewnętrznych, w których zwierzę uczestniczy, może powodować mniej lub bardziej trwałe zmiany w jego układzie nerwowym leżące u podstaw reakcji na wcześniej nieskuteczne bodźce. Odpowiedni proces jest wywoływany uczenie się, prowadzi do gromadzenia doświadczeń w postaci śladów pamięciowych (engramów), których odzyskiwanie wpływa na zachowanie zwierzęcia. Umiejętności, które nie spełniają już nowych warunków, wygasają, a umiejętności, które nie były w ogóle używane przez długi czas, mogą zostać zapomniane.

Interakcja między organizmem a środowiskiem może być różna, co odpowiada pewnym formom zachowania. Jeśli zachowanie odpowiedzi składa się z reakcji wywoływanych przez dyskretne bodźce, takie jak ból, jedzenie, wówczas zachowanie instrumentalne może być stymulowane potrzebami wewnętrznymi i polegać na spontanicznej manifestacji różnych reakcji, które ostatecznie pociągają za sobą pożądaną zmianę w środowisku (np. uzyskanie dostępu do pożywienia) .

Takie formy nabyte zachowanie podkreślają różnice między warunkowaniem klasycznym a instrumentalnym: w pierwszym przypadku US zwykle wywołuje taką samą reakcję jak BS (ślinienie wywołane akustycznym USG prezentacji pokarmu). Obecność lub brak odpowiedzi warunkowej rozwiniętej według typu klasycznego nie wpływa na prawdopodobieństwo zastosowania BS. Reakcje instrumentalne zwykle znacznie różnią się od odpowiadających im reakcji bezwarunkowych, za pomocą reakcji instrumentalnych otwiera się dostęp do bodźców przyciągających lub odwrotnie, zwierzę unika bodźców awersyjnych (np. naciskanie dźwigni wzmocnionej pokarmem, unikanie bodźców bolesnych poprzez skakanie). Z reguły warunkowanie instrumentalne wpływa na reakcje motoryczne mięśni szkieletowych, podczas gdy warunkowanie klasyczne ogranicza się do funkcji autonomicznych realizowanych przez mięśnie i gruczoły trzewne. Istnieje jednak wiele wyjątków od tej reguły.

W tradycyjnej psychologii bodziec-reakcja (jak na przykład sugerował Skinner (1938), analiza behawioralna polega na ustaleniu systemu reguł odnoszących się do warunków wejściowych (bodźców) do stanów wyjściowych (reakcji). Tak więc domniemane procesy w ośrodkach nerwowych lub hipotetyczne mechanizmy konceptualnego mózgu nie są brane pod uwagę. Chociaż podejście oparte na czarnej skrzynce wniosło znaczący wkład w nasze zrozumienie roli środowiska w kontrolowaniu zachowania, tylko nieznacznie rozszerzyło nasze rozumienie wewnętrznej struktury i funkcji tej czarnej skrzynki, tj. organ pośredniczący między wejściem a wyjściem. Ta ostatnia jest obszarem badań specjalistów – fizjologów i psychologów oraz sferą różnych dyscyplin specjalistycznych (neurofizjologii, farmakologii, neurochemii), wchodzących w skład kompleksu neuronauek. W neurofizjologii dokonał się znaczący postęp w dziedzinie analizy prostych odruchów bezwarunkowych rdzenia kręgowego. Zrozumienie odruchu rozciągania lub zgięcia jest tak szczegółowe, że możliwe jest dokładne prześledzenie rozprzestrzeniania się aferentnego przepływu impulsów od korzeni grzbietowych rdzenia kręgowego do powstania wyrzutu odprowadzającego w korzeniach brzusznych. Koncepcja odruchu warunkowego (CR), wprowadzona przez Pawłowa, umożliwia zastosowanie tego samego podejścia analitycznego do klasycznych odruchów warunkowych. Jednak nawet najprostsze SD nie pozwalają jeszcze na wykrycie decydującego ogniwa plastycznego odpowiedzialnego za przełączenie przepływu SS na ścieżkę BR. Równie niejasne są mechanizmy nerwowe zaangażowane w warunkowanie instrumentalne (odruchy warunkowe instrumentalne).

Główne metody badania nerwowych mechanizmów zachowania to usuwanie, stymulacja, rejestracja elektryczna i analiza chemiczna. Na przykład:

(Lokacja struktury nerwowe, które są odpowiedzialne za określone zachowanie, można określić poprzez maksymalne usunięcie obszarów mózgu, w których to zachowanie się utrzymuje, i/lub poprzez minimalne usunięcie, w którym zanika. Temu samemu celowi może służyć funkcjonalna blokada ośrodków nerwowych.

(B) Neuronalny substrat reakcji można przeanalizować, znajdując obszar i optymalne parametry jego elektrycznej i chemicznej stymulacji, które powodują tę samą reakcję.

(B) Aktywność elektryczna towarzysząca aktowi behawioralnemu może odzwierciedlać procesy ważne dla jego realizacji. Metody elektrofizjologiczne mogą być stosowane do wykrywania rozprzestrzeniania się impulsów doprowadzających w mózgu, aktywności poprzedzającej wystąpienie reakcji zewnętrznej lub do skorelowania prawdopodobieństwa i/lub wielkości reakcji behawioralnej i elektrycznej.

(D) Aktywacja i ewentualna modyfikacja obwodów nerwowych spowodowana uczeniem może znaleźć odzwierciedlenie w lokalnych zmianach w metabolizmie mediatorów, kwasów nukleinowych i białek.

Badania neurofizjologiczne mają na celu uwzględnienie dynamiki zachowania i czasoprzestrzennej organizacji aktywności mózgu. Nabywanie nowego doświadczenia prowadzące do powstania engramu (uczenie się) może odbywać się przy udziale innych sieci neuronowych niż te zaangażowane w późniejsze odtwarzanie zarejestrowanego doświadczenia. Miejsce gromadzenia informacji może być punktem zbieżności odrębnych mechanizmów pisania i czytania. Skuteczność zdobywania doświadczenia i jego odtwarzania zależy od takich czynników, jak poziom czujności, motywacji i emocji. Wszystkie te zmienne muszą być brane pod uwagę przy wyjaśnianiu zmian behawioralnych wywołanych stymulacją i zakłóceniami oraz wyjaśnianiu związku między zmianami behawioralnymi, elektrycznymi lub biochemicznymi. Bardzo trudno jest rozróżnić specyficzne mechanizmy, które są wspólne dla całej klasy reakcji (na przykład apetycznych i awersyjnych).

Ogólny opis struktur neuronowych biorących udział w różnych formach zachowania jest niezbędnym warunkiem szczegółowego badania zmian komórkowych i molekularnych leżących u podstaw plastycznych reorganizacji sieci neuronowych. Dostępne mikrometody elektrofizjologiczne, neurochemiczne i morfologiczne w pełni spełniają to wymaganie, pod warunkiem, że są stosowane w odpowiednim czasie iw istotnych ogniwach. Stworzenie odpowiedniego modelu behawioralnego, nadającego się do efektywnego zastosowania mikrometod, jest warunkiem wstępnym dalszego szybkiego sukcesu. W międzyczasie badania koncentrują się na funkcjonalnej organizacji sieci neuronowych zaangażowanych w różne procesy, takie jak przetwarzanie sensoryczne, motywacja, tworzenie śladów pamięciowych, lokalizacja engramów itp.

Projekt eksperymentów

Do planowania eksperymentów niezbędna jest znajomość zasad i taktyki badań, podejścia naukowego, które najlepiej kształtuje się w bezpośredniej realizacji eksperymentów. Ta książka jest praktycznym przewodnikiem po eksperymentowaniu. Zakłada się, że czytelnik jest zaznajomiony z podstawowymi zasadami statystyki. Wstępne praktyczne porady dotyczące przeprowadzania eksperymentów z fizjologii zachowania można znaleźć u Sidowskiego i Lockarda (1966) oraz Weinera (Wayner, 1971). Poniżej znajduje się krótki opis, który ma na celu zorientowanie uczniów w niektórych złożonych problemach związanych z projektowaniem i przeprowadzaniem eksperymentów.

Przewagą badań laboratoryjnych nad obserwacją naturalistyczną jest to, że badacz może kontrolować warunki eksperymentu, czyli ustalić precyzyjną kontrolę nad tzw. niezależne zmienne, określić ich wpływ na zmienne zależne. Zmiennymi zależnymi w psychologii fizjologicznej mogą być dowolne cechy behawioralne lub fizjologiczne, podczas gdy zmienne niezależne to warunki kontrolowane przez eksperymentatora i czasami narzucane organizmowi. Warunki oznaczają bezpośrednia interwencja(usunięcie części mózgu, jego stymulacja lub stosowanie różnych leków), zmiany środowiskowe(temperatura i światło), zmiana schematu wzmacniania, późniejsza trudność w uczeniu się, czas trwania niedoboru pokarmu lub czynniki takie jak wiek, płeć, pochodzenie genetyczne itp.

Aby zminimalizować błędną interpretację eksperymentów związaną z trudnością odróżnienia efektów interwencji eksperymentalnych od efektów innych zmiennych, konieczne jest wprowadzenie procedury kontrolne. Na przykład przy badaniu skuteczności określonej procedury (zmiennej niezależnej) stosuje się grupę kontrolną. W idealnym przypadku grupa kontrolna jest badana w taki sam sposób jak grupa eksperymentalna, z wyłączeniem wpływu badanego czynnika, na który zaplanowano sam eksperyment. To samo zwierzę można wykorzystać zarówno w kontroli, jak iw eksperymencie, jeśli np. konieczne jest porównanie jego zachowania przed i po usunięciu obszarów mózgu. Inną powszechną procedurą kontrolną, której celem jest ograniczenie jednoczesnego wpływu zmiennych czynników, jest zrównoważone stosowanie różnych oddziaływań u tego samego zwierzęcia (na przykład zastrzyki różnych leków lub różne dawki tego samego leku). Kolejnym ważnym punktem kontroli jest losowe przydzielanie zwierząt do różnych grup. Najlepiej zrobić to za pomocą tabeli liczb losowych, którą można znaleźć w wielu książkach statystycznych (zwykłe wyciągnięcie zwierząt z klatki w celu utworzenia grupy nie jest odpowiednie, ponieważ najsłabsze lub najbardziej pasywne zwierzęta zostaną zabrane w pierwszej kolejności).

Ze względu na potencjalne błędy lub zmienność wyników spowodowaną niekontrolowanymi zmiennymi pomiary są zwykle powtarzane i identyfikowane. środek lub mediana rozmiar. W powtarzanych pomiarach wykonuje się wiele obserwacji na tych samych zwierzętach lub jedną obserwację na wielu zwierzętach lub jedno i drugie. Im bardziej prawdopodobne są błędy lub fluktuacje związane z jakimiś nieznanymi lub niekontrolowanymi zmiennymi, tym bardziej prawdopodobne jest, że powtarzane pomiary będą się różnić, a zatem zmienność pomiarów względem średniej będzie większa. Analiza statystyczna zwykle używany do oceny stopnia pewności obserwowanych różnic między grupami eksperymentalnymi i kontrolnymi lub warunkami eksperymentalnymi. Na przykład różnica między dwoma średnimi jest tradycyjnie uważana za istotną (tj. nieprzypadkową), gdy istnieje co najmniej 95 na 100 szans, że różnica jest rzeczywiście prawdziwa.

Analiza naukowa, oparta na obserwacjach naturalistycznych lub eksperymentach laboratoryjnych, opiera się na pomiarach, za pomocą których nadajemy obserwacjom charakter ilościowy. Tak zwany poziom miary określa, jakie operacje arytmetyczne można zastosować na liczbach, co w związku z tym warunkuje zastosowanie odpowiednich metod statystycznych. Badacz musi uwzględniać poziom pomiarów i przewidywać charakter statystycznego przetwarzania wyników już na etapie planowania eksperymentów, gdyż te rozważania pomogą w podjęciu decyzji o dokładności przyrządów pomiarowych i wymaganej liczbie eksperymentów.

Należy rozróżnić cztery ogólne poziomy pomiaru lub oceny: nominalny, zwyczajny, przedziałowy i względny. Najniższy poziom to nominalny, gdzie symbole, takie jak litery lub cyfry, są używane po prostu do klasyfikowania obiektów lub zjawisk. W tym przypadku porównuje się liczbę pomiarów należących do różnych klas w warunkach eksperymentalnych i kontrolnych statystyki dwumianowe. Jeśli uda się uporządkować obserwacje tak, aby były one ze sobą w jakiejś relacji (np. „większe niż”, „mniejsze niż” itp.), to będziemy mieli do czynienia z zwykła skala. Jeśli dodatkowo uda się wykryć odstępy między liczbami na takiej skali, to będziemy mieli do czynienia skala interwałowa, który ma dowolny punkt zerowy (jak w przypadku skali temperatury). Jeżeli waga ma również na początku prawdziwy punkt zerowy, jak np. skale wysokości, masy, to osiągnięty zostanie najwyższy poziom pomiaru, tj. skala korelacji. Parametry mierzone za pomocą skali nominalnej lub zwykłej są przetwarzane za pomocą statystyki nieparametryczne(np. testy χ 2 (Connover, 1971; Siegel, 1956)), podczas gdy dane mierzone na skali interwałowej i ilorazowej są zwykle przetwarzane za pomocą parametryczne metody statystyczne(np. testy t) (jeśli różne założenia dotyczące parametrów populacji, z której pochodzi przykład, pasują do danych). Parametry populacji poddane nieparametrycznym procedurom statystycznym nie muszą spełniać pewnych warunków, takich jak rozkład normalny. Dlatego procedury te są szeroko stosowane w eksperymentach w psychologii fizjologicznej, gdzie pomiary są zwykle przeprowadzane na zwykłym poziomie, a wielkość próby jest często niewielka. Plan przeprowadzenia eksperymentów opisanych w tej książce zawiera porównanie danych eksperymentalnych i kontrolnych. Dla takich danych pochodzących z niezależnych zdarzeń użyteczną statystyką nieparametryczną jest U-gest Manna-Whitney. Przy zastosowaniu innego schematu eksperymentów zwierzę służy jako kontrola samego siebie, jak w przypadku porównywania zachowania przed i po wstrzyknięciu leku oraz podczas usuwania części mózgu. Standardowe nieparametryczne oszacowanie takich danych, uzyskane w obecności powiązanych zdarzeń, jest kryterium sprzężone pary oznaczonych rang Wilcoxona(Siegel, 1956). Ponadto do analizy danych uzyskanych w powtarzanych tekstach wykorzystuje się metody nieparametryczne, z których budowane są krzywe uczenia się i krzywe reaktywności (Krauth, 1980).

W tej książce szczury są wykorzystywane jako zwierzęta doświadczalne w większości eksperymentów. Szczegółowe wprowadzenie do ogólnych procedur laboratoryjnych, w tym opieki i obchodzenia się ze zwierzętami, zwłaszcza szczurami, zaleca się czytelnikom odnieść do Baker i wsp. (1979), Ferris (Harris, 1957), Goodman i Gilman (Goodman i Oilman 1975) , Lane-Pettere i wsp. (1967), Leonard (Leonard, 1968), Myers (Myers, 1971a), Mann (Munn, 1950) oraz Short i Woodnott (Short

i Woodnott, 1969).

W badaniach behawioralnych najczęściej stosowanymi szczepami szczurów są rasy Long Evans z kapturem; białe linie Sprague-Dawley i Wistar. W celu uzyskania i porównania wyników pożądane jest użycie standardowych linii. Jednak stopień wszechstronności wyników może zależeć od zastosowania wielu linii (a także gatunków).

Aby przeprowadzać eksperymenty na zwierzętach, należy zapewnić im czystość, wygodę i ochronę przed chorobami. Można to osiągnąć dzięki szczegółowym normom dotyczącym pomieszczeń, żywienia, higieny, opieki pooperacyjnej (zob. odnośniki powyżej) oraz wiedzy na temat powszechnych chorób zwierząt (Myers, 1971a; ShortandWoodnott, 1969).

Większość doświadczeń behawioralnych powoduje dyskomfort u zwierząt, niezależnie od tego, czy jest to spowodowane pozbawieniem pożywienia, stosowaniem centralnej lub obwodowej stymulacji awersyjnej, podawaniem leków, czy po prostu podnoszeniem zwierzęcia w powietrze. Eksperymentator powinien zawsze o tym pamiętać i starać się maksymalnie zmniejszyć dyskomfort zwierzęcia doświadczalnego.

Poniżej znajdują się zalecenia dotyczące testów na zwierzętach, które stanowią jedną z sekcji „Zasady wykorzystywania zwierząt” w Przewodniku po subsydiach i umowach National Institutes of Health z 1978 r .:

"1. Eksperymenty, w których do badań wykorzystuje się żywe kręgowce i tkanki żywych organizmów, powinny być przeprowadzane pod nadzorem wykwalifikowanych biologów, fizjologów lub lekarzy.

2. Przechowywanie, opieka i karmienie wszystkich zwierząt doświadczalnych musi odbywać się pod nadzorem wykwalifikowanego lekarza weterynarii lub innego naukowca kompetentnego w tych sprawach.

3. Badania ze swej natury powinny dawać użyteczne wyniki dla dobra społeczeństwa i nie powinny być przypadkowe i bezużyteczne.

4. Eksperyment powinien być oparty na znajomości badanej choroby lub problemu i zaprojektowany tak, aby oczekiwane wyniki uzasadniały jego przeprowadzenie.

5. Analiza statystyczna, modele matematyczne lub systemy biologiczne W in vitro powinny być stosowane, jeżeli odpowiednio uzupełniają wyniki doświadczeń na zwierzętach i zmniejszają liczbę wykorzystywanych zwierząt.

6. Eksperymenty muszą być przeprowadzane w taki sposób, aby nie narażać zwierzęcia na niepotrzebne cierpienie i nie wyrządzać mu krzywdy.

7. Naukowiec odpowiedzialny za eksperyment musi być przygotowany do jego przerwania, jeśli uważa, że ​​kontynuacja eksperymentu może spowodować niepotrzebne okaleczenie lub cierpienie zwierząt.

8. Jeżeli samo doznanie powoduje u zwierzęcia większy dyskomfort niż znieczulenie, wówczas konieczne jest doprowadzenie zwierzęcia (poprzez zastosowanie znieczulenia) do stanu, w którym nie odczuwa ono bólu i utrzymanie tego stanu do czasu zakończenia eksperymentu lub zabiegu. Jedynymi wyjątkami są te przypadki, w których znieczulenie może zaszkodzić celowi eksperymentu, a danych nie można uzyskać w żaden inny sposób niż poprzez przeprowadzenie takich eksperymentów. Procedury takie powinny być ściśle monitorowane przez kierownictwo lub innego wykwalifikowanego wyższego urzędnika.

9. Opieka poeksperymentalna nad zwierzętami powinna minimalizować dyskomfort i konsekwencje urazów zadanych zwierzętom w wyniku eksperymentu, zgodnie z przyjętą praktyką w medycynie weterynaryjnej.

10. Jeśli konieczne jest zabicie zwierzęcia doświadczalnego, to odbywa się to w taki sposób, aby osiągnąć natychmiastową śmierć. Żadne zwierzę nie zostanie zniszczone, dopóki nie nastąpi jego śmierć”.

W prawie wszystkich przypadkach badań behawioralnych i neurologicznych, które opisano w kolejnych rozdziałach, konieczne jest zajmowanie się zwierzętami. Zwierzę musi być przyzwyczajane do tej procedury przez kilka dni przed rozpoczęciem doświadczenia. Takie postępowanie polega na wyjęciu zwierzęcia ręką z klatki, postawieniu go na stole, delikatnym głaskaniu i przenoszeniu z miejsca na miejsce. Z czasem zwierzęta przestają opierać się takim zabiegom, jeśli są przeprowadzane ostrożnie.

Nie trzymaj zwierzęcia za ogon i staraj się nie chwytać za skórę ani nie wywierać zbyt dużego nacisku na zwierzę. Lepiej jest wziąć zwierzę od tyłu pod łopatki, przykładając kciuk pod jedną przednią kończynę, a pozostałe palce pod drugą kończynę. Siła uścisku zwierzęcia musi odpowiadać stopniowi jego oporu. Jeśli zwierzę jest trzymane tak, że jego przednie kończyny są skrzyżowane, nie będzie w stanie ugryźć.

Przy częstym podnoszeniu szczury laboratoryjne stają się dość oswojone i łatwe w obsłudze. Pożądane jest użycie asystenta do podawania leków, podczas gdy eksperymentator używa drugiej ręki do rozciągania tylnych kończyn zwierzęcia. Przy wystarczającej wprawie wstrzyknięcia dootrzewnowe można wykonywać niezależnie, chwytając szczura za tylne kończyny i jednocześnie wstrzykując go drugą ręką.

Pomocne jest uspokojenie zwierzęcia przed wstrzyknięciem; odbywa się to poprzez chwycenie zwierzęcia w sposób opisany powyżej, a następnie powolne kołysanie nim w przód iw tył szerokim łukiem.

metoda konwencjonalna znakowania szczurów polega na wykonaniu nacięć lub dziur w uszach zwierzęcia, gdy jest ono pod narkozą. Uszy zwierzęcia są cienkie i nie krwawią zbytnio. Preferowaną metodą jest znakowanie tułowia i ogona jakimś barwnikiem biologicznym, takim jak żółty kwas pikrynowy lub czerwona karbofuksyna. Ten system binarny pozwala na indywidualne zakodowanie 63 szczurów. (Jeśli używasz wielu szczurów, zakoduj je tylko w liczbach parzystych, ponieważ zmniejsza to liczbę potrzebnych dziur lub znaków).

SPRZĘT I METODY BADANIA FUNKCJI FIZJOLOGICZNYCH

Sukcesy współczesnej fizjologii w badaniu funkcji całego organizmu, jego układów, narządów, tkanek i komórek wynikają w dużej mierze z powszechnego wprowadzenia do praktyki techniki elektronicznej, urządzeń analitycznych i komputerów elektronicznych, a także biochemicznych i farmakologicznych metod badawczych eksperymentu fizjologicznego. W ostatnich latach w fizjologii metody jakościowe są uzupełniane metodami ilościowymi, co umożliwia określenie badanych parametrów różnych funkcji w odpowiednich jednostkach miary. Wraz z fizjologami, fizycy, matematycy, inżynierowie i inni specjaliści są zaangażowani w rozwój nowych podejść metodologicznych.

Szybki rozwój technologii elektronicznej otworzył nowe drogi do poznania wielu procesów fizjologicznych, co wcześniej było w zasadzie niemożliwe.

Stworzenie różnych systemów czujników, które przekształcają procesy nieelektryczne w elektryczne, doskonalenie sprzętu pomiarowego i rejestrującego umożliwiło opracowanie nowych, bardzo precyzyjnych metod obiektywnego rejestrowania (np. Biotelemetria) funkcji fizjologicznych, które znacznie rozszerzyły możliwości eksperymentu.

SCHEMAT RELACJI POMIĘDZY INSTRUMENTAMI A PRZEDMIOTAMI BADAŃ

W badaniu funkcji fizjologicznych przy użyciu różnych urządzeń w eksperymencie i klinice powstają osobliwe systemy. Można je podzielić na dwie grupy: 1) systemy do rejestracja różne przejawy aktywności życiowej i analiza uzyskanych danych oraz 2) systemy do uderzenie na organizm lub jego jednostki strukturalne i funkcjonalne.

W celu zobrazowania interakcji poszczególnych elementów systemu konieczne jest ich rozważenie w postaci schematów blokowych. Takie schematy blokowe i ich symbolika są wygodne dla studentów do zilustrowania protokołów eksperymentów podczas zajęć praktycznych. Naszym zdaniem taka forma przedstawienia przynajmniej części warunków eksperymentu znacznie skróci jego opis i przyczyni się do zrozumienia schematów urządzeń i urządzeń.

Schematy blokowe odzwierciedlające główne formy interakcji między obiektem badań a różnymi urządzeniami do rejestracji funkcji.

Bez niego można badać wiele funkcji organizmu elektroniczne wyposażenie i rejestrować procesy bezpośrednio lub po pewnych przekształceniach . Przykładami są pomiar temperatury za pomocą termometru rtęciowego, rejestracja tętna za pomocą dźwigni pióra i kymografu, rejestracja oddechu za pomocą kapsuły Marais, pletyzmografia za pomocą pletyzmografu wodnego, wykrywanie tętna itp. Pokazane rzeczywiste konfiguracje do pletyzmografii, rejestracja motoryki żołądka i rejestracja oddechu na ryc.

Schemat blokowy systemu umożliwiającego rejestrację procesów bioelektrycznych w organizmie przedstawiono na ryc. \, W. Składa się z przedmiotu badań, elektrod odprowadzeń, wzmacniacza, rejestratora i zasilacza. Systemy rejestrujące tego rodzaju są stosowane w elektrokardiografii, elektroencefalografii, elektrogastrografii, elektromiografii itp.

Podczas wyszukiwania i rejestracji w przy użyciu sprzętu elektronicznego szeregu procesów nieelektrycznych, muszą one najpierw zostać przekształcone w sygnały elektryczne. W tym celu stosuje się różne czujniki. Niektóre czujniki same są w stanie generować sygnały elektryczne i nie potrzebują zasilania ze źródła prądowego, inne potrzebują tego zasilania. Wielkość sygnałów czujnika jest zwykle niewielka, więc aby zostały zarejestrowane, należy je najpierw wzmocnić. Systemy wykorzystujące sensory stosowane są m.in. do balistokardiografii, pletyzmografii, sfigmografii, rejestracji aktywności ruchowej, ciśnienia krwi, oddychania, oznaczania gazów we krwi i wydychanym powietrzu itp.

Jeśli systemy są uzupełniane i skoordynowane z pracą nadajnik radiowy, wtedy możliwe staje się przekazywanie i rejestrowanie funkcji fizjologicznych w znacznej odległości od obiektu badań. Ta metoda nazywa się biotelemetria. Rozwój biotelemetrii determinuje wprowadzenie mikrominiaturyzacji w inżynierii radiowej. Pozwala na badanie funkcji fizjologicznych nie tylko w warunkach laboratoryjnych, ale także w warunkach swobodnego zachowania, podczas pracy i zajęć sportowych, niezależnie od odległości między obiektem badań a badaczem.

Systemy mające na celu oddziaływanie na organizm lub jego jednostki strukturalne i funkcjonalne mają różne efekty: pobudzające, stymulujące i hamujące. Metody i opcje ekspozycji mogą być bardzo różnorodne. .

podczas badania zdalne analizatory impuls stymulujący może być odbierany na odległość, w takich przypadkach elektrody stymulujące nie są potrzebne. Na przykład można wpływać na analizator wizualny światłem, na analizator słuchowy dźwiękiem, a na analizator węchowy różnymi zapachami.

W eksperymentach fizjologicznych jest często używany jako bodziec. Elektryczność, W rezultacie powszechne elektroniczne stymulatory impulsów I elektrody stymulujące. Stymulacja elektryczna służy do podrażnienia receptorów, komórek, mięśni, włókien nerwowych, nerwów, ośrodków nerwowych itp. W razie potrzeby można zastosować stymulację biotelemetryczną (ryc. 4, W). Co więcej, wpływ na organizm może być zarówno lokalny, jak i ogólny.

Badania funkcji fizjologicznych prowadzone są nie tylko w spoczynku, ale także przy różnych obciążeniach fizycznych. . Te ostatnie można również utworzyć. wykonywanie określonych ćwiczeń (przysiady, bieganie itp.) lub korzystanie z różnych urządzeń (ergometr rowerowy, bieżnia itp.), które umożliwiają dokładne dozowanie obciążenia.

Systemy rejestrujące i stymulujące są często używane jednocześnie, co znacznie rozszerza możliwości eksperymentów fizjologicznych. Systemy te można łączyć na różne sposoby.

ELEKTRODY

W badaniach fizjologicznych elektrody są łącznikiem między przedmiotem badań a instrumentami. Służą do aplikowania podciśnienia lub rejestrowania (usuwania) aktywności bioelektrycznej komórek, tkanek i narządów, dlatego zazwyczaj dzieli się je na pobudzający . Ta sama elektroda może być używana zarówno jako elektroda stymulująca, jak i elektroda odprowadzająca, ponieważ nie ma między nimi zasadniczej różnicy.

W zależności od sposobu rejestracji lub podrażnienia wyróżnia się elektrody bipolarne i unipolarne. W metodzie bipolarnej częściej stosuje się dwie identyczne elektrody, w metodzie unipolarnej elektrody różnią się zarówno przeznaczeniem funkcjonalnym, jak i konstrukcją. W tym przypadku elektrodę aktywną (przycinającą) umieszcza się w obszarze biopotencjałów lub w obszarze tkanki, która ma być stymulowana.

Elektroda aktywna z reguły ma stosunkowo mały rozmiar w porównaniu z inną elektrodą pasywną (obojętną). Elektroda obojętna jest zwykle mocowana w pewnej odległości od elektrody aktywnej. W takim przypadku konieczne jest, aby strefa mocowania elektrody obojętnej albo nie miała własnego potencjału (na przykład obszar martwej tkanki, płynny ośrodek przewodzący prąd elektryczny otaczający przedmiot badania), albo ten obszar musi być wybrany o niższym i stosunkowo stabilnym potencjale (na przykład płatek ucha). Elektrody obojętne to często płytki ze srebra, cyny, ołowiu lub innego metalu.

W zależności od lokalizacji elektrody dzielą się na powierzchowny I zanurzalny. Elektrody powierzchniowe mocuje się albo na powierzchni przedmiotu badań (na przykład podczas rejestracji EKG, EEG), albo na przygotowanych i odsłoniętych strukturach (podczas stymulacji nerwów, usuwania potencjałów wywołanych z powierzchni kory mózgowej itp.) .

Elektrody zanurzeniowe służą do badania obiektów znajdujących się głęboko w narządach lub tkankach (np. podczas stymulacji neuronów znajdujących się w strukturach podkorowych mózgu lub usuwania z nich aktywności bioelektrycznej). Elektrody te mają specjalną konstrukcję, która powinna zapewniać dobry kontakt z obiektem badań oraz niezawodną izolację pozostałej części przewodzącej elektrody od otaczających tkanek. Wszystkie elektrody, niezależnie od rodzaju i sposobu ich użycia, nie powinny mieć szkodliwego wpływu na obiekt badań.

Niedopuszczalne jest, aby same elektrody stały się źródłem potencjałów. Dlatego elektrody nie powinny mieć potencjałów polaryzacyjnych, co w niektórych przypadkach może znacząco zniekształcić wyniki badań. Wartość potencjału polaryzacji zależy od materiału, z którego wykonana jest elektroda oraz właściwości i parametrów prądu elektrycznego.

Elektrody wykonane z metali szlachetnych, złota, srebra i platyny mają mniejszą zdolność polaryzacji. Polaryzacja praktycznie nie występuje w przypadku przepływu przez elektrody zmienny Lub impulsowy prąd elektryczny ze zmieniającą się polaryzacją impulsu. Możliwość polaryzacji elektrody wzrasta, gdy oddziałuje ona ze stałym lub pulsującym prądem jednofazowym. Prawdopodobieństwo polaryzacji jest tym większe, im większy jest prąd przepływający przez elektrodę i dłuższy czas jej działania. Jest to związane z procesami elektrochemicznymi zachodzącymi pomiędzy materiałem elektrody a otaczającym ją ośrodkiem elektrolitycznym. W efekcie elektrody uzyskują określony ładunek, przeciwny w znaku do prądu pobudzającego lub wycofanego, co prowadzi do niekontrolowanego stanu warunków eksperymentu. Dlatego po wystawieniu na działanie obiektu z prądem stałym i przekierowywaniu stałych lub wolno zmieniających się potencjałów używają elektrody niepolaryzujące.

W eksperymentach elektrofizycznych najczęściej stosuje się elektrody niepolaryzowalne typu: srebro - chlorek srebra, platyna - chlorek platyny i cynk - siarczan cynku.

Srebrne elektrody w kontakcie z płynem tkankowym zawierającym chlorki szybko pokrywają się warstwą chlorku srebra, a następnie z trudem ulegają polaryzacji. Jednak w celu dokładnych badań eksperymentalnych elektrody srebrne są powlekane warstwą chlorku srebra, zanim zostaną użyte w eksperymencie. W tym celu srebrną elektrodę oczyszcza się drobnym papierem ściernym, dokładnie odtłuszcza, myje wodą destylowaną i zanurza w naczyniu z 0,9% roztworem NaCl lub 0,1 N roztworem NaCl. HC1, który ma już elektrodę węglową.

Do elektrody srebrnej podłączona jest anoda (+), a do elektrody węglowej katoda (-) dowolnego źródła prądu stałego (bateria, akumulator, prostownik itp.) o napięciu 2–6 V. Prąd przez elektrody przepuszcza się o gęstości od 0,1 do 10. A / m2, aż elektroda pokryje się ciągłą warstwą chlorku srebra. Zaleca się przeprowadzanie tej operacji w ciemności. Gotowe chlorowane elektrody przechowuje się w roztworze Ringera w ciemności.

niepolaryzowalny elektrody platynowe można wykonać w następujący sposób. Drut platynowy przemywa się wodą destylowaną i zanurza w stężonym kwasie siarkowym na kilka minut, a następnie dokładnie myje w wodzie destylowanej, po czym dwie elektrody platynowe zanurza się w naczyniu z roztworem chlorku platyny. Jedna elektroda jest podłączona do anody, a druga do katody źródła prądu stałego o napięciu 2 V.

Za pomocą przełącznika przepływa przez nie prąd w jednym lub drugim kierunku (4-6 razy przez 15 s). Elektroda, która będzie wykorzystywana w badaniach musi być podłączona do anody źródła prądowego w ostatniej operacji przepuszczania prądu. Gotową elektrodę należy umyć i przechowywać w wodzie destylowanej.

Elektrody niepolaryzowalne cynk - siarczan cynku to szklane rurki wypełnione roztworem siarczanu cynku 2, w którym umieszczony jest pręt ze stopionego cynku 3. Amalgamację cynku uzyskuje się przez zanurzenie go na kilka minut, najpierw w 10% roztworze kwasu siarkowego, a następnie w rtęci. Dolny koniec szklanej rurki jest pokryty kaolinem 4, zmieszać z roztworem Ringera. Zewnętrznej części korka kaolinowego nadano kształt wygodny w kontakcie z przedmiotem. Czasami korek robi się z gipsu i wkłada się do niego bawełniany knot lub miękką szczotkę do włosów 5. Jony cynku mają dużą zdolność dyfuzyjną, dlatego te elektrody przechowuje się nie dłużej niż 1 dzień.

Elektrody do stymulacji i odwodzenia są używane zarówno w ostrych, jak i przewlekłych eksperymentach. W tym drugim przypadku na kilka dni przed eksperymentem są one wszczepiane (wszczepiane) w tkanki obiektu badań. Ten - wszczepiony elektrody.

CZUJNIKI

Czujniki - Są to urządzenia przetwarzające różne wielkości fizyczne na sygnał elektryczny. Wyróżnić generowanie I parametryczne czujniki.

Czujniki generatora pod tym lub innym wpływem same wytwarzają napięcie lub prąd elektryczny. Należą do nich następujące rodzaje czujników: piezoelektryczne, termoelektryczne, indukcyjne i fotoelektryczne.

Czujniki parametryczne pod działaniem mierzonej funkcji zmienia się jakiś parametr obwodu elektronicznego i modulowany jest sygnał elektryczny tego obwodu (w amplitudzie lub częstotliwości). Główne rodzaje czujników parametrycznych to: rezystancyjne, pojemnościowe i indukcyjne.

Należy zaznaczyć, że taki podział sensorów jest warunkowy, gdyż zarówno generator, jak i sensory parametryczne bazują na efektach termoelektrycznych i fotoelektrycznych. Na przykład fotodiody i termopary są używane do tworzenia czujników generatorowych, a foto- i termistory są używane do tworzenia czujników parametrycznych.

Wprowadzenie różnego rodzaju sensorów do badań fizjologicznych i klinicznych umożliwia uzyskanie obiektywnych informacji o wielu funkcjach organizmu, np. naczynia krwionośne, stopień wysycenia krwi tlenem i dwutlenkiem węgla, tony i szmery serca, temperaturę ciała i wiele innych.

Czujniki piezoelektryczne. Tworzenie tego typu czujników opiera się na efekcie piezoelektrycznym, który wyraża się następująco: niektóre dielektryki krystaliczne (kwarc, sól Rochelle, tytanian baru) pod wpływem mechanicznego odkształcenia są w stanie spolaryzować i wytworzyć prąd elektryczny. Czujnik piezoelektryczny składa się z kryształu, na którym metalowe styki są osadzane przez napylanie katodowe w celu przekierowania potencjału elektrycznego generowanego przez czujnik. Gdy czujnik piezoelektryczny jest zdeformowany, za pomocą układu mechanicznego można zarejestrować różnego rodzaju przemieszczenia, przyspieszenia i wibracje (na przykład puls), a do rejestracji można użyć mikrofonów piezoelektrycznych fonoelektrokardiogramy .

Czujniki piezoelektryczne mają pewną pojemność (100-2000pf), więc mogą zniekształcać sygnały poniżej kilku herców. Są praktycznie bezinercyjne, co pozwala na ich wykorzystanie do badania szybko zmieniających się procesów.

czujniki termoelektryczne. Ten typ czujnika przetwarza zmiany temperatury na prąd elektryczny. (termoelement) lub zmiany pod wpływem temperatury siły prądu w obwodzie elektrycznym (termistory). Czujniki termoelektryczne są szeroko stosowane do pomiaru temperatury i określania różnych parametrów ośrodka gazowego - natężenia przepływu, zawartości procentowej gazów itp.

Termoelement składa się z dwóch różnych przewodników połączonych ze sobą. Do jego produkcji stosuje się różne materiały: platynę, miedź, żelazo, wolfram, iryd, stały, chrom, kopel itp. W termoparze składającej się z miedzi i konstantanu, przy różnicy temperatur jej związków wynoszącej 100°C, powstaje siła elektromotoryczna około 4 mV.

termistory - Są to rezystory półprzewodnikowe zdolne do zmniejszania swojej rezystancji wraz ze wzrostem temperatury. Istnieją rezystory, których rezystancja wzrasta wraz ze wzrostem temperatury, nazywa się je pozytory. Termistory są produkowane w wielu różnych wersjach. W obwodach mostka pomiarowego prądu stałego należy uwzględnić termistory . Są szeroko stosowane do tworzenia elektrotermometrów.

Czujniki fotoelektryczne lub fotokomórki. Tego typu czujniki to urządzenia zmieniające swoje parametry pod wpływem światła. Istnieją trzy rodzaje fotokomórek: 1) z zewnętrznym efektem fotoelektrycznym, 2) z warstwą blokującą (fotodiody), 3) z wewnętrznym efektem fotoelektrycznym (fotorezystory).

Fotokomórki z zewnętrznym efektem fotoelektrycznym są butlami próżniowymi lub wypełnionymi gazem . Cylinder zawiera dwie elektrody: katodę pokrytą warstwą metalu (cezu, antymonu), zdolną do emitowania elektronów pod wpływem światła (zewnętrzny efekt fotoelektryczny) oraz anodę. Fotokomórki tego typu wymagają dodatkowego zasilania, aby wytworzyć pole elektryczne wewnątrz komórki; są podłączone do sieci prądu stałego. Pod działaniem światła katoda emituje elektrony, które pędzą do anody. Prąd generowany w ten sposób służy jako wskaźnik natężenia strumienia świetlnego. Fotokomórki wypełnione gazem są bardziej czułe, ponieważ fotoprąd w nich jest wzmocniony w wyniku jonizacji gazu wypełniającego przez elektrony. Jednak w porównaniu do fotokomórek próżniowych są one bardziej bezwładne.

Fotokomórki z warstwą barierową stosowane w wielu urządzeniach medycznych (na przykład w monitorach pracy serca, pulsoksymetrach itp.). Ten typ fotokomórki to płyta żelazna lub stalowa 1, na którym osadzona jest warstwa półprzewodnikowa 2. Powierzchnia warstwy półprzewodnikowej pokryta jest cienką warstwą metalu 4. Jedna z elektrod to płytka, druga to metalowa folia na półprzewodniku 5. Aby zapewnić niezawodny kontakt, folia na obwodzie jest uszczelniona grubszą warstwą metalu 3. Podczas wytwarzania fotodiody warstwa barierowa jest tworzona albo między półprzewodnikiem a płytką, albo między półprzewodnikiem a folią.

Kiedy fotodioda jest oświetlona, ​​kwanty światła wybijają elektrony z półprzewodnika, które przechodzą przez warstwę barierową i ujemnie ładują jedną elektrodę; sam półprzewodnik i druga elektroda zostają naładowane dodatnio. W konsekwencji fotodioda po oświetleniu staje się generatorem energii elektrycznej, której wielkość zależy od natężenia strumienia świetlnego. Bibliotekę fotodiod można znacznie zwiększyć, jeśli do elektrod fotodiodowych zostanie przyłożone napięcie z zewnętrznego źródła prądu stałego.

Fotorezystory mają zdolność zmiany swojej rezystancji czynnej pod wpływem strumienia świetlnego. Charakteryzują się wysoką czułością w szerokim zakresie promieniowania od podczerwieni do promieniowania rentgenowskiego. Ich czułość zależy od wartości napięcia obwodu pomiarowego. Fotorezystory zawarte są w obwodzie mostka pomiarowego, który zasilany jest ze źródła prądu stałego.Zmiana rezystancji fotorezystora pod wpływem światła zaburza równowagę mostka, co prowadzi do zmiany wielkości prądu przepływającej przez przekątną pomiarową mostu.

Fotodiody są mniej czułe niż fotorezystory, ale także mają mniejszą bezwładność. Wygląd czujnika z fotokomórką służącego do tachometrii pracy serca.

czujniki indukcyjne. Ten typ czujnika służy do pomiaru prędkości ruchów liniowych i kątowych, takich jak wibracje. Siła elektromotoryczna w czujnikach indukcyjnych powstaje proporcjonalnie do prędkości przewodnika w polu magnetycznym prostopadłym do kierunku linii sił magnetycznych lub gdy pole magnetyczne porusza się względem przewodnika.

Czujniki omowe. Czujniki te mogą zmieniać swoją rezystancję podczas przemieszczeń liniowych i kątowych, a także podczas odkształceń i wibracji.

Istnieją różne rodzaje czujników rezystancyjnych . W reostacie i poteniometryczny W czujnikach rezystancyjnych zmianę ich rezystancji uzyskuje się poprzez przesunięcie ruchomego styku, który ma mechaniczne połączenie z obiektem przekształcanego ruchu. Czułość tych czujników jest stosunkowo niska i wynosi 3-5 V/mm. Dokładność konwersji może być dość wysoka (do 0,5%) i zależy od stabilności napięcia zasilania, dokładności wykonania rezystancji czujnika, jego naturalnej stabilności i innych czynników. Czujniki te charakteryzują się prostą budową, niewielkimi gabarytami i wagą oraz mogą być włączane w obwody prądu stałego i przemiennego. Jednak obecność ruchomego styku ogranicza żywotność tych czujników.

W drutowych czujnikach rezystancyjnych (ogniwa obciążeniowe) nie ma aktu ruchomego (ryc. 8, G). Czujniki te pod wpływem sił zewnętrznych zmieniają swoją rezystancję poprzez zmianę długości, przekroju i rezystywności drutu metalowego. Dokładność konwersji wynosi 1 - 2%. Tensometry mają małe wymiary, bezwładność masy i są wygodne do badania małych przemieszczeń.

Oprócz konwencjonalnych mierników drutu, w ostatnich latach były one szeroko stosowane czujniki półprzewodnikowe(na przykład hedistory), w których wrażliwość na odkształcenia jest 100 razy większa niż drutów.

czujniki pojemnościowe. Zasada działania tych czujników polega na tym, że przetwarzane wskaźniki fizjologiczne (ciśnienie, zmiany objętości narządu) wpływają na określone parametry czujnika (stała dielektryczna, powierzchnia płytek, odległość między płytkami) oraz tym samym zmienić jego pojemność. Czujniki te charakteryzują się wysoką czułością i niską bezwładnością.Zastosowanie różnicowych czujników pojemnościowych umożliwia zwiększenie ich czułości i odporności na zakłócenia. Ten typ czujników jest szeroko stosowany w aparaturze elektrofizjologicznej i diagnostycznej. Stosowane są na przykład w ciśnieniomierzach, pletyzmografach, sfigmografach i innych urządzeniach, których zadaniem jest przekształcanie wielkości nieelektrycznych odzwierciedlających funkcje fizjologiczne na proporcjonalne wielkości elektryczne. Rzeczywistą konstrukcję czujnika pojemnościowego pokazano na rys. 2d i 7d oraz na ryc. 81 przedstawia schemat instalacji do rejestracji motoryki żołądka za pomocą czujnika pojemnościowego.

czujniki indukcyjne. Transformujące działanie tych czujników opiera się na właściwości cewki indukcyjnej do zmiany jej rezystancji. Można to osiągnąć wprowadzając do niego rdzeń ferromagnetyczny lub zmieniając wielkość szczeliny w rdzeniu magnetycznym, na której znajduje się cewka.

Do przeliczania stosunkowo dużych przemieszczeń (powyżej 5-10 mm) stosuje się czujniki indukcyjne z ruchomym rdzeniem. . Ten typ czujnika jest stosowany w niektórych konstrukcjach balistokardiografów. Do przeliczenia małych przemieszczeń (poniżej 5 mm) można zastosować czujniki ze zmienną szczeliną obwodu magnetycznego . Czujniki indukcyjne mogą być wykonane w postaci transformatora lub transformatora różnicowego z dwoma przeciwległymi uzwojeniami. W tym drugim przypadku sygnał wyjściowy będzie mocniejszy. Czujniki indukcyjne są bardzo czułe. Ich bezwładność zależy od właściwości dynamicznych ruchomych elementów czujnika.

OBWÓD POMIAROWY

Każdy typ czujnika, który przetwarza określoną funkcję na sygnał elektryczny, musi być włączony do obwodu pomiarowego. Najczęściej stosowane są następujące schematy pomiarowe: obwód mostka zasilane prądem stałym lub przemiennym, obwód różnicowy, I obwód oscylacyjny, do których należą urządzenia pomiarowe (rejestrujące). Czułość różnicowych obwodów pomiarowych jest wyższa niż mostkowych.

Zatem przyrządy elektryczne służące do pomiaru wielkości nieelektrycznych o różnych funkcjach składają się z czujnika, obwodu pomiarowego oraz miernika lub rejestratora. Często sygnał wyjściowy czujnika, mając niewielką wartość, nie może być zarejestrowany przez obwód pomiarowy, dlatego wprowadza się do niego wzmacniacze prądu stałego lub przemiennego.

Transformacja procesów nieelektrycznych w elektryczne stwarza szerokie możliwości ich rejestracji. Wynika to nie tylko z zalet czysto technicznych, ale także z dokładności pomiaru rejestrowanych wielkości, wygody porównywania danych z różnych eksperymentów oraz możliwości ich przetwarzania przy pomocy komputerów. Co ważne, metoda ta umożliwia prowadzenie synchronicznego zapisu procesów elektrycznych i nieelektrycznych w tych samych współrzędnych czasowych, ich porównywanie, ujawnianie istniejących między nimi związków przyczynowo-skutkowych itp., tj. stwarza nowe możliwości badania procesów fizjologicznych.

WZMACNIACZE

Aktywność elektryczna obiektów biologicznych oraz parametry elektryczne wielu czujników przetwarzających procesy nieelektryczne na elektryczne charakteryzują się stosunkowo małymi wartościami: natężenie prądu – w mili- i mikroamperach, napięcie – w mili-mikrowoltach. Dlatego rejestracja ich bez wstępnej amplifikacji jest niezwykle trudna lub wręcz niemożliwa. Służy do wzmacniania małych sygnałów elektrycznych. wzmacniacze. Są niezbędne w wielu obwodach pomiarowych i są zbudowane z lamp próżniowych lub urządzeń półprzewodnikowych.

Rozważmy pokrótce zasadę działania triody i wzmacniacza zaprojektowanego na podstawie tej lampy. . Jeśli w obwodzie żarnika triody (A) włączyć źródło zasilania, katoda nagrzewa się i emituje elektrony, tj. emisja elektronów katody (B). Przy dodatkowym włączeniu źródła prądu stałego między anodą a katodą, elektrony emitowane przez nagrzaną katodę przemieszczają się do anody, co powoduje wygląd prądu pewną siłę (W). Natężenie tego prądu można kontrolować, przykładając napięcie do siatki triody. Jeśli do siatki triodowej zostanie przyłożony potencjał dodatni, wówczas przepływ elektronów z katody do anody i prąd przepływający przez lampę (prąd anodowy) wzrosną (G), przy ujemnym potencjale w siatce strumień elektronów i prąd maleją (C).

Aby uchwycić zmiany prądu przepływającego przez triodę i przekształcić je w zmieniające się napięcie, w obwodzie anodowym znajduje się rezystancja Ra ( mi ), którego wartość znacząco wpływa na właściwości stopnia wzmacniającego. Załóżmy, że na wejście wzmacniacza przyłożono napięcie przemienne V BX równe 1 V. Powoduje to zmianę prądu anodowego o 0,001 A; ponadto rezystancja obwodu anodowego wynosi 10 kOhm, wtedy spadek napięcia na tej rezystancji wyniesie 10 V. Przy wzroście jednej rezystancji do 100 kOhm i pozostałych parametrach równych, spadek napięcia wyniesie 100 V. Dlatego w pierwszym przypadku napięcie wejściowe jest wzmacniane 10-krotnie, a w drugim 100-krotnie, tj. zysk wyniesie odpowiednio 10 i 100.

W przypadkach, gdy jeden stopień wzmacniający nie zapewnia pożądanego wzmocnienia, użyj wzmacniacze wielostopniowe. Komunikacja między stopniami we wzmacniaczach prądu przemiennego odbywa się poprzez kondensatory sprzęgające C 1 I od 2, za pomocą którego zmienna składowa napięcia anodowego z poprzedniego etapu jest przekazywana na wejście następnego. We wzmacniaczach prądu stałego nie ma kondensatorów odsprzęgających. Wzmocnienie całego wzmacniacza zależy od wzmocnienia poszczególnych stopni, ich liczby i jest określone przez iloczyn wzmocnień wszystkich stopni wzmacniacza.

Wzmacniacze pełnią rolę ogniwa pośredniego między obiektem badań (także elektrodami, czujnikami) a rejestratorami, tj. połączyć. Nie powinny one zniekształcać charakteru badanego procesu. Dlatego przed odwołaniem się do charakterystyki technicznej wzmacniacza konieczna jest znajomość właściwości elektrycznych sygnału (biopotencjału) żywego obiektu lub czujnika, a także uwzględnienie rezystancji wewnętrznej źródła sygnału

Wystarczająco kompletną charakterystykę sygnału daje wzór określający głośność sygnału: V = TFH, gdzie V – głośność sygnału (biopotencjał), T to czas jego trwania, F – pasmo sygnału H - nadmiar amplitudy sygnału nad szumem. Kanał komunikacyjny można również scharakteryzować trzema wartościami: T k to czas, w którym kanał wykonuje swoje funkcje, F K to pasmo częstotliwości, przez które kanał jest w stanie przejść, oraz N do - pasmo poziomów zależne od dopuszczalnych granic obciążenia, tj. minimalnej czułości i maksymalnej amplitudy sygnału podawanego na wejście wzmacniacza. Iloczyn tych wielkości nazywa się pojemność kanału: V K \u003d G do F K I do

Transmisja sygnału przez kanał komunikacyjny (przez wzmacniacz) jest możliwa tylko wtedy, gdy główne cechy sygnału nie wykraczają poza odpowiednie granice charakterystyk kanału komunikacyjnego. Jeżeli parametry sygnału przekraczają charakterystykę kanału komunikacyjnego, to transmisja sygnału tym kanałem bez utraty informacji jest niemożliwa.

Niektóre efekty wzmacniacza na charakterystykę amplitudowo-czasową sygnału przedstawiono na rys. 12.

Górny i dolny potencjał na każdym rysunku rejestrowano jednocześnie z jednej elektrody przy użyciu dwóch identycznych wzmacniaczy o różnych wejściowych stałych czasowych. Parametry potencjałów wywołanych oraz charakterystyki wzmacniaczy przedstawiono w formie tabeli, odpowiedniki geometryczne tych samych potencjałów przedstawiono na rys. 13.

Pomimo tego, że w każdej klatce zarejestrowano ten sam potencjał, charakterystyki amplitudowo-czasowe uzyskanych nagrań zauważalnie różnią się od siebie, o czym decydują jedynie parametry wzmacniaczy. Wzmacniacz, którym zarejestrowano dolne nagrania, miał parametry wykraczające poza charakterystykę sygnału, więc potencjały wywołane zostały zarejestrowane bez zniekształceń. Wzmacniacz, którym zarejestrowano górne rekordy, miał różne parametry, ale we wszystkich przypadkach nie przekraczał charakterystyki sygnału, więc potencjały wywołane są zniekształcone (utrata informacji).

Wartość rezystancji wewnętrznej źródła sygnału, która zależy nie tylko od właściwości przedmiotu badań, ale także od właściwości obwodów wyjściowych (na przykład rozmiar, kształt i rezystancja elektrod, przewodów przełączających itp. .), można pokazać w poniższym przykładzie. Jeżeli impedancja wewnętrzna źródła sygnału jest większa lub równa impedancji wejściowej wzmacniacza, to sygnał nie zostanie w ogóle zarejestrowany lub jego amplituda ulegnie znacznemu zmniejszeniu. Dlatego czasami konieczne staje się znaczne zwiększenie impedancji wejściowej wzmacniacza. W takich przypadkach stosuje się wzmacniacze z wtórnikiem katodowym, aw obwodach tranzystorowych - z wtórnikiem emiterowym wykonanym na tranzystorach polowych.

W laboratoriach fizjologicznych najczęściej stosuje się dwa rodzaje wzmacniaczy: wzmacniacze AC i wzmacniacze DC.

Wzmacniacze AC. Wzmacniacze tego typu składają się z kilku stopni wzmacniających połączonych ze sobą za pomocą kondensatorów sprzęgających. Takie urządzenia służą do wzmacniania zmiennych składowych sygnału ze względu na ich zdolność do przenoszenia częstotliwości od 0,1 Hz do 10-15 kHz. Zwykle mają duże wzmocnienie i mogą wzmacniać sygnał wejściowy miliony razy, co umożliwia wyraźny zapis sygnałów o początkowej amplitudzie kilku mikrowoltów. Wzmocnienie i szerokość pasma częstotliwości są zwykle regulowane. UBP-1-03, UBF-4-03 można wymienić jako przykłady wzmacniaczy produkcji krajowej. Urządzenia te służą do wzmacniania biopotencjałów mózgu i serca, a także sygnałów generowanych przez różne czujniki; pod względem cech wyjściowych są one łatwo zgodne z większością krajowych rejestratorów.

Wzmacniacze prądu stałego. Wzmacniacze te nie mają kondensatorów sprzęgających. Pomiędzy poszczególnymi stopniami mają połączenie galwaniczne, dzięki czemu dolna granica transmitowanych częstotliwości dochodzi do zera. Dlatego ten typ wzmacniacza może wzmacniać dowolnie wolne oscylacje. W porównaniu do wzmacniaczy AC, wzmacniacze te mają znacznie mniejsze wzmocnienie. Na przykład UBP-1-0,2 ma wzmocnienie AC 2,5-1 0 6 i wzmocnienie DC 8 10 3 . jto wynika z faktu, że wraz ze wzrostem wzmocnienia wzmacniacza DC stabilność pracy maleje, pojawia się dryf zera. Dlatego służą do wzmacniania sygnałów, których wielkość przekracza 1 mV (na przykład potencjał błonowy neuronów, włókien mięśniowych i nerwowych itp.).

URZĄDZENIA REJESTRUJĄCE (REJESTRATORY) OGÓLNEGO PRZEZNACZENIA

Rejestratory są niezbędne do przetwarzania potencjałów elektrycznych, które dochodzą do nich z elektrod wyjściowych lub czujników (często po niezbędnym wzmocnieniu) na procesy postrzegane przez nasze zmysły. Rejestratory mogą przetwarzać i wyświetlać badany proces lub funkcję w różnych postaciach, np. odchylenia igły przyrządu pomiarowego, wskazania cyfrowego, odchylenia wiązki na ekranie oscyloskopu, zapisu graficznego na papierze, taśmie fotograficznej lub magnetycznej, a także w postaci sygnałów świetlnych lub dźwiękowych itp.

W większości typów rejestratorów głównymi elementami są: przetwornik energii oscylacji potencjałów elektrycznych na mechaniczne (galwanometr, wibrator), narzędzie rejestrujące (pióro z atramentem, atrament, laska pisząca, wiązka elektronów itp.) oraz mechanizm skanowania procesu w czasie (mechanizm napędu taśmowego, skan elektroniczny). Ponadto nowoczesne rejestratory mogą zawierać szereg jednostek i układów pomocniczych, takich jak przełączniki, wzmacniacze, kalibratory wzmocnienia i czasu, układy optyczne do fotografowania itp.

W medycznej aparaturze rejestrującej najczęściej stosowane są trzy rodzaje przetworników, stworzone w oparciu o trzy różne zasady przetwarzania energii oscylacji potencjału elektrycznego.

1. Wykorzystanie siły działającej na przewodnik lub ferromagnes z prądem w polu magnetycznym. W oparciu o tę zasadę konstruuje się różne układy galwanometrów i wibratorów, które są stosowane w oscyloskopach pętlowych i zapisujących atramentem (rejestratorach).

2. Wykorzystanie odchylenia strumienia elektronów (wiązki elektronów) w polu elektrycznym i elektromagnetycznym. Zasada ta jest realizowana za pomocą lamp elektronopromieniowych, które są główną częścią oscyloskopów elektronicznych (katodowych).

3. Wykorzystać i zachować właściwość materiałów ferromagnetycznych do namagnesowania pod wpływem pola magnetycznego państwo. Na tej zasadzie konstruowane są różnego rodzaju magnetofony i magnetografy.

galwanometry i wibratory. Urządzenia te mają tę samą zasadę działania, ale różnią się konstrukcją, a zatem znacznie różnią się od siebie czułością, bezwładnością i zdolnością do odtwarzania sygnałów o różnych częstotliwościach. Istnieją galwanometry i wibratory układów magnetoelektrycznych i elektromagnetycznych.

układ magnetoelektryczny konwersja sygnałów elektrycznych na efekt mechaniczny odbywa się poprzez ruch przewodnika (przez który przepływa prąd elektryczny) w stałym polu magnetycznym. Przewodnik prądu elektrycznego może być wykonany w postaci cienkiego sznurka, pętli lub ramy wieloobrotowej. Rama wieloobrotowa służy do projektowania wibratorów magnetoelektrycznych.

W galwanometrach (wibratory) układ elektromagnetyczny pole magnetyczne, w którym umieszczony jest ferromagnes 8, tworzony przez magnes trwały 1 i specjalne uzwojenie 4. Uzwojenie to, gdy przepływa przez nie prąd elektryczny, wytwarza pole elektromagnetyczne, którego właściwości są określone przez kierunek natężenia prądu przepływającego przez uzwojenie. Kiedy te pola oddziałują na siebie, powstaje moment obrotowy, pod wpływem którego porusza się zwora ferromagnetyczna.

Zastosowanie różnych układów zdolnych do zobrazowania ruchu elementów ruchomych galwanometrów (wibratorów) umożliwia projektowanie różnego rodzaju rejestratorów, np. pióro atramentowe, atramentowe, kserokopiarki, termiczne, drukarskie itp.).

Galwanometr strunowy. W tych urządzeniach kierunek ruchu struny w silnym polu magnetycznym jest określony przez kierunek przyłożonego do niej prądu, a wielkość ruchu zależy od natężenia przepływającego przez nią prądu. Drgania strun mogą być rzutowane na ekran za pomocą układu optycznego oraz rejestrowane na poruszającym się papierze fotograficznym lub kliszy.

Galwanometry strunowe są stosunkowo szybkie; ich zaawansowane modele są w stanie odtwarzać sygnały do ​​1000 Hz. Ich czułość zależy od wielkości pola magnetycznego i właściwości struny (sprężystość i średnica). Im cieńsza struna (2-5 mikronów) i im silniejsze pole magnetyczne, tym wyższa czułość galwanometru strunowego. Wiele galwanometrów strunowych jest tak czułych, że można ich używać bez wzmacniaczy. Wcześniej używano ich do rejestrowania elektrokardiogramu i potencjałów błonowych komórek.

Galwanometr lustrzany. Jeśli małe lustro świetlne jest zamocowane na pętli lub ramie wieloobrotowej 6, wtedy, gdy przepływa prąd, będzie się poruszał wraz z pętlą lub ramką (kierunek ruchu na ryc. 14 pokazano strzałką). Wiązka światła jest kierowana na lustro za pomocą oświetlacza, a odbita wiązka (króliczek) jest rzutowana na półprzezroczysty ekran, na podstawie którego ocenia się kierunek i wielkość odchylenia odbitej wiązki. W takim przypadku galwanometry lustrzane mogą służyć jako niezależne urządzenia rejestrujące.

Obecnie galwanometry lustrzane stosowane są jako urządzenia wyjściowe w tzw oscyloskopy pętlowe.

Aby rejestrować badany postęp i monitorować go, oscyloskopy pętlowe wykorzystują specjalny układ optyczny . Z iluminatora 1 wiązka światła przechodząca przez soczewkę 2 i aperturę 3 za pomocą lustra 4 jest skierowany na zwierciadło galwanometru 5 i soczewkę 6 dzieli się na dwa pakiety. Jedna wiązka światła jest skupiana przez soczewkę 7 na powierzchni poruszającego się papieru fotograficznego (filmu), który jest ciągnięty przez napęd taśmowy 8. Druga wiązka wykorzystująca cylindryczną soczewkę - pryzmat 9 jest skierowany do obracającego się wielopłaszczyznowego bębna lustrzanego 10 i odbity od niego pada na matowy ekran 11. Dzięki obrotowi bębna lustrzanego badany proces jest rozmieszczany na ekranie i służy do obserwacji wizualnej.

Połączenie galwanometrów strunowych i lustrzanych z układami optycznymi umożliwia rejestrację badanych procesów metodą fotograficzną lub metodą rejestracji w ultrafiolecie. Ta ostatnia pozwala uzyskać widoczny zapis kilka sekund po ekspozycji bez wywoływania.

Rejestratory z bezpośrednio widocznym wejściem. W rejestratorach tego typu przetwornikami sygnałów elektrycznych są wibratory magnetoelektryczne (ramowe) lub elektromagnetyczne, na których ruchomych elementach zamiast lustra zamocowane są różne przyrządy rejestrujące.

Rejestratory atramentowe. Ten typ urządzenia znajduje szerokie zastosowanie w rejestracji funkcji fizjologicznych. W nich pióro 5 jest zamocowane na ramie lub kotwicy ferromagnetycznej 2, które znajdują się w polu magnesu 1 . Pióro połączone elastyczną rurką 4 ze zbiornikiem na atrament 3. Badany proces jest rejestrowany na taśmie papierowej. 6. Rejestratory atramentowe są łatwe w użyciu i całkiem odpowiednie do rozwiązywania wielu problemów. Z powodzeniem stosowane są w elektroencefalografach, elektrokardiografach, elektrogastrografach i innych urządzeniach. Jednak rejestratory atramentowe mają szereg istotnych wad. Są inercyjne i nie pozwalają na rejestrację drgań elektrycznych o częstotliwości przekraczającej 150 Hz. Pod tym względem nie nadają się np. do rejestracji szybkich procesów, takich jak bioprądy nerwów i komórek nerwowych itp. Ponadto rejestracja tuszem (bez specjalnej korekcji) wprowadza do badanego procesu radialne zniekształcenia, ze względu na łukowaty ruch pióra na papierze.

Metoda rejestracji atramentowej. Metoda ta polega na przepuszczaniu przez kapilarę (średnica 5-8 μm) zamontowaną na wibratorze strumienia atramentu pod ciśnieniem 20 kg/cm2: atrament spadając na poruszającą się taśmę papierową pozostawia ślad w postać krzywej badanego procesu.

Metoda rejestracji odrzutowej jest bardzo czuła i ma małą bezwładność. Pozwala połączyć wygodę rejestracji widzialnej z możliwością rejestracji sygnałów elektrycznych w szerokim zakresie częstotliwości (od 0 do 1500 Hz). Rejestratory te wymagają jednak użycia specjalnych tuszy o bardzo wysokiej jakości (jednolitość składu).

We wszystkich rejestratorach z bezpośrednio widocznym zapisem prędkość ruchu nośnika zapisu (papieru) jest określana przez mechaniczne omiatanie i nie przekracza 200 mm/s, natomiast wdrożenie szybkich procesów wymaga dużych prędkości zapisu, które uzyskuje się za pomocą elektronicznych Sweep w oscyloskopach katodowych.

Oscyloskopy elektroniczne (katodowe). To uniwersalne urządzenia rejestrujące. Są praktycznie bezinercyjne, a dzięki obecności wzmacniaczy charakteryzują się wysoką czułością. Urządzenia te umożliwiają badanie i rejestrację zarówno wolnych, jak i szybkich oscylacji potencjałów elektrycznych o amplitudzie do 1 μV lub mniejszej. Wyjściowym urządzeniem rejestrującym oscyloskopu katodowego jest kineskop z elektrostatycznym lub elektromagnetycznym odchyleniem wiązki elektronów.

Zasada działania lampy elektronopromieniowej polega na oddziaływaniu strumienia elektronów emitowanego przez katodę i skupionego przez układ soczewek elektronicznych z polem elektrostatycznym lub elektromagnetycznym elektrod odchylających.

Kineskop składa się ze szklanego pojemnika, wewnątrz którego znajduje się źródło elektronów w wysokiej próżni oraz układu elektrod (prowadnic, skupiających i odchylających) sterujących wiązką elektronów.

Źródłem elektronów jest katoda 2, żarnik podgrzewany 1. Ujemnie naładowane elektrony przez siatkę kontrolną 3 przyciągane przez system dodatnio naładowanych anod 4, 5 I 6. W tym przypadku z elektronów powstaje wiązka elektronów, która przechodzi między pionem 7 a poziomem 8 płytki odchylające i skierowany na ekran 9, pokryty luminoforem (substancją, która ma zdolność świecenia podczas interakcji z elektronami). siatka kontrolna 3 ma potencjał ujemny względem katody, którego wartość reguluje się potencjometrem 10. Podczas zmiany potencjału siatki (za pomocą potencjometru) zmienia się gęstość strumienia elektronów w wiązce elektronów, a co za tym idzie zmienia się jasność wiązki na ekranie. Ogniskowanie wiązki elektronów odbywa się za pomocą potencjometru 10 , czyli na skutek zmiany potencjału dodatniego na drugiej anodzie 5.

Płytki odchylające poziome i pionowe sterują ruchem wiązki elektrycznej odpowiednio w płaszczyźnie poziomej i pionowej, dla których są zasilane potencjałami ze wzmacniaczy poziomych. (b, x 1 I x2) i pionowe (a, y 1 I o 2) ugięcie wiązki. Jeśli napięcie piłokształtne zostanie przyłożone do poziomych płytek odchylających, wiązka oscyloskopu będzie się poruszać w płaszczyźnie poziomej od lewej do prawej. Zmieniając tryb pracy generatora napięcia piłokształtnego, można kontrolować prędkość przemiatania, tj. prędkość wiązki przechodzącej przez ekran oscyloskopu. Jest to konieczne, ponieważ badane procesy (sygnały) mają różne parametry czasowo-częstotliwościowe.

Badany proces (sygnał) jest zwykle przykładany do pionowych płytek odchylających, które przesuwają wiązkę w górę lub w dół, w zależności od znaku i wielkości przyłożonego do nich napięcia. Zatem potencjały przyłożone do płytek kontrolują ruch wiązki wzdłuż poziomu ( X) i pionowe ( Na) do osi, tj. wdrażają badany proces.

Rejestracja badanych procesów z ekranu oscyloskopu katodowego odbywa się fotograficznie za pomocą kamer świetlnych lub specjalnych kamer.

Magnetografy. Rejestracja procesów elektrycznych na taśmie ferromagnetycznej jest wygodna, ponieważ zapisane w ten sposób informacje mogą być przechowywane przez długi czas i wielokrotnie odtwarzane. Za pomocą różnych rejestratorów można go przekształcić w widoczny zapis o innej skali skanowania. Informacje te można przetwarzać po zakończeniu eksperymentu za pomocą różnych urządzeń automatycznych i komputerów elektronicznych. Magnetografy umożliwiają również rejestrację protokołu eksperymentu.

KOMPUTERY ELEKTRONICZNE

W nowoczesnych warunkach komputery są integralną częścią laboratoriów badawczych, ponieważ komputery elektroniczne znacznie podnoszą efektywność pracy badaczy.Wprowadzanie danych o badanym procesie może odbywać się na różne sposoby: ) lub z pośredniego nośnika danych (np. karta perforowana lub taśma perforowana, na której zakodowana jest informacja).

Jednak najwygodniejsze i najbardziej ekonomiczne jest wprowadzanie informacji do komputera za pomocą specjalnego urządzenia - przetwornika amplitudy na cyfrę (ADC). Przetwornik amplitudowo-cyfrowy przekształca parametry amplitudowo-czasowe badanego procesu (na przykład amplitudę i czas trwania różnych składowych EKG) na kod cyfrowy, który jest odbierany, analizowany i przetwarzany przez procesor komputerowy. Informacje przetworzone matematycznie (według zadanych programów) w komputerze mogą być prezentowane w różnych formach: w postaci tabeli wydrukowanej na drukarce cyfrowej; w postaci wykresu zbudowanego przez ploter grafowy; jako obraz na ekranie monitora lub w innej formie. Jednocześnie badacz jest uwolniony od rutynowej pracy nie tylko przy mierzeniu, obliczaniu, matematycznej analizie wyników, ale także od konieczności zestawiania tabel i budowania wykresów.

URZĄDZENIA SPECJALNEGO PRZEZNACZENIA

Urządzenia specjalnego przeznaczenia są zwykle zaprojektowane do rejestrowania dowolnej funkcji lub procesu, na przykład elektrokardiogramów, elektroencefalogramów, elektrogastrogramów itp. Taki specjalistyczny sprzęt z reguły jest kompaktowy, łatwy w obsłudze i wygodny do badań klinicznych. Składa się z różnych bloków (układów) ogólnego przeznaczenia, dlatego znajomość podstawowej budowy poszczególnych bloków ułatwia zrozumienie działania urządzeń specjalnego przeznaczenia. Ogólna budowa urządzenia specjalnego przeznaczenia obejmuje elektrody lub czujnik, przełącznik, wzmacniacz, rejestrator i zasilacz. Bardziej szczegółowe zapoznanie się z każdym urządzeniem odbywa się za pomocą instrukcji obsługi dołączonej do urządzenia.

Elektrostymulatory. Do połowy tego stulecia cewki indukcyjne były używane do elektrycznej stymulacji obiektów biologicznych, które obecnie są całkowicie zastępowane przez elektrostymulatory. Elektrostymulator to jedno z najczęściej spotykanych i niezbędnych urządzeń. Zapewnia optymalne warunki do podrażnienia tkanek (przy najmniejszym urazie podczas długotrwałej stymulacji) i jest wygodny w użyciu.

Do celów badawczych wskazane jest użycie stymulatora, który w zależności od warunków eksperymentu może służyć albo prądnica, Lub generator napięcia. Rezystancję wewnętrzną urządzenia wyjściowego takiego stymulatora można zmieniać zgodnie z celami eksperymentu. Powinien być albo 30-40 razy większy niż rezystancja badanego obiektu (podczas pracy w trybie „generatora prądu”) lub tyle samo razy mniejszy (w trybie „generatora napięcia”). Jednak takie uniwersalne stymulatory są skomplikowane i nieporęczne, dlatego w warunkach pracowni fizjologicznej lepiej jest stosować prostsze urządzenia.

Stymulator składa się z kilku bloków (kaskad), których główne przeznaczenie nie zależy od typu stymulatora. Rozważ powołanie poszczególnych kaskad stymulatora i związanych z nimi organów kontrolnych na przykładzie pulsacyjnego stymulatora fizjologicznego SIF-5.

Generator częstotliwości powtarzania impulsów (oscylator główny) jest często projektowany zgodnie z obwodem multiwibratora; może pracować w trybie czuwania i ciągłym. Podczas pracy w trybie gotowości oscylator główny może generować impulsy lub po naciśnięciu przycisku „Start”. 9, lub gdy sygnały wyzwalające są podawane na wejście multiwibratora z innego źródła impulsów. W pierwszym przypadku generowany jest tylko jeden impuls, w drugim częstotliwość impulsów będzie odpowiadać częstotliwości sygnałów wyzwalających. W ciągłej eksploatacji 8 oscylator napędowy stymulatora w sposób ciągły generuje impulsy, których częstotliwość / można zmieniać od ułamków herca do kilkuset herców.

Impulsy z oscylatora nadrzędnego podawane są do kolejnego stopnia stymulatora – stopnia opóźniającego i mogą być również wykorzystane do uruchomienia przemiatania oscyloskopu (impuls synchronizacyjny 10), Na etapie opóźnienia 2 impuls oscylatora głównego może być opóźniony o 1 - 1000 ms. Stopień opóźnienia pozwala (np. przy badaniu potencjałów wywołanych), niezależnie od szybkości przemiatania oscyloskopu, na ustawienie potencjału na ekranie oscyloskopu w miejscu dogodnym do rejestracji.

Impulsy z etapu opóźnienia mogą być wykorzystane do wyzwalania innych stymulatorów, jeśli w eksperymencie stosuje się kilka stymulatorów, a ich działanie wymaga synchronizacji. Dodatkowo impulsy podawane są ze stopnia opóźniającego na wejście stopnia generowania sygnału wyjściowego. W tej kaskadzie powstają impulsy o kształcie prostokątnym (lub innym) o określonym czasie trwania 3, następnie przesyłane są do wzmacniacza mocy, który umożliwia regulację ich amplitudy 4.

Z wyjścia stymulatora 5 poprzez przewody łączące i elektrody stymulujące impulsy o wymaganym kształcie, czasie trwania i amplitudzie są przesyłane do obiektu badań. Polaryzacja impulsów wyjściowych 6 może być zmienione. Aby zredukować artefakt podrażnienia, niektóre typy stymulatorów mają transformatory izolujące 7, inne mają urządzenia wyjściowe o wysokiej częstotliwości.

Zarówno do celów edukacyjnych, jak i badawczych stosuje się również inne rodzaje używek, na przykład NSE-01, EST-10A, IS-01 itp.

Oprócz stymulatorów impulsowych stosuje się eksperymenty fizjologiczne zdjęcie- I fonostymulatory. Ich urządzenie jest pod wieloma względami zasadniczo podobne do urządzenia stymulatora impulsów. Różnica polega głównie na strukturze blok wyjściowy, który generuje sygnały świetlne w fotostymulatorze lub sygnały dźwiękowe w fonostymulatorze.

Ergometry. Aby stworzyć funkcjonalne obciążenie poszczególnych narządów, układów i całego ciała, jest szeroko stosowany ergometry różne rodzaje. Pozwalają stworzyć lokalne lub ogólne obciążenie funkcjonalne, dawkę i określić jego wartość. Najpopularniejsze urządzenia tego typu to ergograf palcowy, ergometry rowerowe I bieżnia. Są bieżnie (bieżnie) i dla zwierząt.

kamery. Kamery do różnych celów są szeroko stosowane przy tworzeniu określonych warunków dla przedmiotu badań. Istnieć komory izolacyjne, komory termiczne, komory ciśnieniowe z komory wysokiego i niskiego ciśnienia z instalacje belkowe i dźwiękowe itp. Obecnie zaprojektowano komory, które umożliwiają tworzenie sztuczny mikroklimat oraz badanie reakcji obiektu badań na różne wpływy.

PODSTAWOWE ZASADY DZIAŁANIA SPRZĘTU ELEKTRONICZNEGO

Oprócz ogólnych zasad obsługi sprzętu, w każdym indywidualnym przypadku konieczne jest najpierw zapoznanie się z zasadami obsługi nieznanego urządzenia, a dopiero potem przystąpienie do pracy z nim. Ma to szczególne znaczenie w klinice, ponieważ niektóre urządzenia, jeśli są nieumiejętnie obsługiwane, stanowią zagrożenie dla pacjenta (urządzenie do badania pobudliwości nerwów i mięśni - impuls elektryczny i szereg innych). Podstawowe zasady są następujące.

Przed włączeniem urządzenia konieczne jest: 1) upewnienie się, że napięcie sieciowe odpowiada napięciu, na które urządzenie jest przeznaczone lub na jakie jest aktualnie przełączany jego transformator zasilający; 2) uziemić urządzenie, tj. podłączyć terminal (lub gniazdo „uziemienie”) do pętli uziemienia szyny lub sieci wodociągowej (w żadnym wypadku nie należy uziemiać urządzeń do elementów instalacji gazowej); 3) sprawdzić wszystkie przewody prądu sieciowego (sprawność izolacji i obecność wtyczek), surowo zabrania się podłączania gołych końców przewodów do gniazdek; 4) sprawdzić przewody przeznaczone do przełączania urządzeń i rysowania obwodu roboczego (nie powinny mieć miejsc bez izolacji); 5) sprawdź przełączniki dźwigienkowe i inne przełączniki sieciowe dla wszystkich urządzeń - muszą być w pozycji „wyłączone”.

Włączenie urządzeń do sieci powinno odbywać się za pomocą przełączników umieszczonych na urządzeniach.

Po włączeniu urządzeń należy: 1) sprawdzić za pomocą lampek kontrolnych czy wszystkie urządzenia są zasilane (jeżeli kontrolka nie świeci należy skontaktować się z nauczycielem i wspólnie ustalić przyczynę awarii; najczęściej jest to spowodowane do bezpiecznika urządzenia lub przepalonej żarówki wskaźnika); 2) pamiętaj, że elektroniczne urządzenia lampowe zaczynają działać stabilnie dopiero po podgrzaniu przez 15-30 minut; w przypadku większości urządzeń tranzystorowych okres ten wynosi do 2-5 minut.

Praca 1

Temat: „Badanie obciążeń w eksperymencie fizjologicznym”

Cel: badanie najsłynniejszych metod testowania oraz połączonych modeli i testów stosowanych do badania wytrzymałości fizycznej zwierząt laboratoryjnych, stabilności emocjonalnej i lęku.

Pytania do samodzielnej nauki

1. Warunki i procedura oceny osiągów submaksymalnych (test RWC 170).

2. Badanie wytrzymałości fizycznej zwierząt laboratoryjnych (bieg na bieżni, pływanie). Oznaczający.

3. Przetestuj „Otwarte pole”. Jego opis i znaczenie.

4. Istota testu wieloparametrycznego, jego opis.

Literatura

Praca 2

Temat: "Przyrząd i metody badania funkcji elektrofizjologicznych"

Cel: zapoznanie się z uwarunkowaniami i tendencjami powstawania i rozwoju elektrofizjologii, wprowadzenie w sferę praktycznego wykorzystania aparatury. Badanie metod elektrofizjologicznych.

Pytania do samodzielnej nauki

1. Przedmiot i zadania elektrofizjologii.

2. Powstanie i pierwsze kroki elektrofizjologii.

3. Obszary praktycznego wykorzystania elektrofizjologii.

4. Schematy połączeń urządzeń z przedmiotami badań.

5. Sprzęt elektroniczny i zasady działania sprzętu elektronicznego.

6. Metody elektrofizjologiczne (rejestracja zewnątrzkomórkowa i wewnątrzkomórkowa oraz rejestracja biopotencjałów, metoda potencjałów wywołanych, elektroencefalografia, elektrokarunografia.

Literatura

1. Batuev A.S. Wyższa aktywność nerwowa. M., 1991

2. Duża pracownia fizjologii człowieka i zwierząt. / wyd. BA Kudryashova - M .: Szkoła wyższa, 1984

3. Guminsky A.A., Leont'eva N.N., Marinova K.V. Przewodnik po badaniach laboratoryjnych z fizjologii ogólnej. - M.: Edukacja, 1990

4. Małe warsztaty z fizjologii człowieka i zwierząt. / wyd. JAK. Batueva - St. Petersburg: Wydawnictwo Państwowego Uniwersytetu w Petersburgu, 2001

5. Metody i podstawowe eksperymenty do badania mózgu i zachowania. J. Buresh, O. Bureshiva, D. Houston / Przetłumaczone z angielskiego. - M.: Szkoła Wyższa, 1991

6. Metody badawcze w psychofizjologii. / wyd. JAK. Batueva - Petersburg, 1994

7. Metody neurofizjologii klinicznej. / wyd. VB Grechina - L., 1977

8. Ogólny przebieg fizjologii człowieka i zwierząt. W 2 T. / wyd. PIEKŁO. Nozdraczow - M., 1991

9. Warsztaty z fizjologii normalnej. / wyd. NA. Agadzhanyan - M .: Wydawnictwo Uniwersytetu RUDN, 1996

Praca 3

Temat: "Metodologiczne techniki stosowane w prowadzeniu chronicznego eksperymentu"

Cel: studiowanie głównych zagadnień teoretycznych związanych z praktykowanymi technikami operacyjnymi w fizjologii eksperymentalnej.

Pytania do samodzielnej nauki

1. Regulamin.

2. Założenie przetok. Technika stosowania różnych rodzajów szwów.

3. Heterogeniczne zespolenia nerwowe, nerwowo-mięśniowe, nerwowo-naczyniowe i nerwowo-gruczołowe.

4. Perfuzja tkanek i narządów.

5. Kaniulacja.

6. Wprowadzenie znakowanych atomów i substratów biologicznych.

7. Pozytonowa tomografia emisyjna.

Literatura

1. Batuev A.S. Wyższa aktywność nerwowa. M., 1991

2. Duża pracownia fizjologii człowieka i zwierząt. / wyd. BA Kudryashova - M .: Szkoła wyższa, 1984

3. Guminsky A.A., Leont'eva N.N., Marinova K.V. Przewodnik po badaniach laboratoryjnych z fizjologii ogólnej. - M.: Edukacja, 1990

4. Małe warsztaty z fizjologii człowieka i zwierząt. / wyd. JAK. Batueva - St. Petersburg: Wydawnictwo Państwowego Uniwersytetu w Petersburgu, 2001

5. Metody i podstawowe eksperymenty do badania mózgu i zachowania. J. Buresh, O. Bureshiva, D. Houston / Przetłumaczone z angielskiego. - M.: Szkoła Wyższa, 1991

6. Metody badawcze w psychofizjologii. / wyd. JAK. Batueva - Petersburg, 1994

7. Metody neurofizjologii klinicznej. / wyd. VB Grechina - L., 1977

8. Ogólny przebieg fizjologii człowieka i zwierząt. W 2 T. / wyd. PIEKŁO. Nozdraczow - M., 1991

9. Warsztaty z fizjologii normalnej. / wyd. NA. Agadzhanyan - M .: Wydawnictwo Uniwersytetu RUDN, 1996

Praca 4

Temat: „Metody elektrofizjologiczne”

Pytania do samodzielnej nauki

1. Historia badań zjawisk bioelektrycznych.

2. Generatory prądu i napięcia elektrycznego.

3. Elektrody i wzmacniacze.

4. Urządzenia rejestrujące.

5. Technika mikroelektrodowa i wytwarzanie mikroelektrod.

6. Fizjologiczna uniwersalna instalacja złożona.

7. Technika stereotaktyczna. Atlasy stereotaktyczne.

Literatura

1. Batuev A.S. Wyższa aktywność nerwowa. M., 1991

2. Duża pracownia fizjologii człowieka i zwierząt. / wyd. BA Kudryashova - M .: Szkoła wyższa, 1984

3. Guminsky A.A., Leont'eva N.N., Marinova K.V. Przewodnik po badaniach laboratoryjnych z fizjologii ogólnej. - M.: Edukacja, 1990

4. Małe warsztaty z fizjologii człowieka i zwierząt. / wyd. JAK. Batueva - St. Petersburg: Wydawnictwo Państwowego Uniwersytetu w Petersburgu, 2001

5. Metody i podstawowe eksperymenty do badania mózgu i zachowania. J. Buresh, O. Bureshiva, D. Houston / Przetłumaczone z angielskiego. - M.: Szkoła Wyższa, 1991

6. Metody badawcze w psychofizjologii. / wyd. JAK. Batueva - Petersburg, 1994

7. Metody neurofizjologii klinicznej. / wyd. VB Grechina - L., 1977

8. Ogólny przebieg fizjologii człowieka i zwierząt. W 2 T. / wyd. PIEKŁO. Nozdraczow - M., 1991

9. Warsztaty z fizjologii normalnej. / wyd. NA. Agadzhanyan - M .: Wydawnictwo Uniwersytetu RUDN, 1996

Praca 5

Temat: "Metody biochemiczne i histochemiczne w fizjologii"

Pytania do samodzielnej nauki

1. Mapowanie chemiczne mózgu.

2. Metody wykrywania lokalizacji rezystorów w strukturach obwodowego układu nerwowego.

3. Ujawnienie lokalizacji rezystorów w strukturach ośrodkowego układu nerwowego.

4. Ujawnienie lokalizacji receptorów w narządach docelowych.

5. Oznaczanie czynności czynnościowej narządu lub układu narządów poprzez stężenie wydzielanego hormonu, neurohormonu lub innej substancji biologicznie czynnej.

Literatura

1. Batuev A.S. Wyższa aktywność nerwowa. M., 1991

2. Duża pracownia fizjologii człowieka i zwierząt. / wyd. BA Kudryashova - M .: Szkoła wyższa, 1984

3. Guminsky A.A., Leont'eva N.N., Marinova K.V. Przewodnik po badaniach laboratoryjnych z fizjologii ogólnej. - M.: Edukacja, 1990

4. Małe warsztaty z fizjologii człowieka i zwierząt. / wyd. JAK. Batueva - St. Petersburg: Wydawnictwo Państwowego Uniwersytetu w Petersburgu, 2001

5. Metody i podstawowe eksperymenty do badania mózgu i zachowania. J. Buresh, O. Bureshiva, D. Houston / Przetłumaczone z angielskiego. - M.: Szkoła Wyższa, 1991

6. Metody badawcze w psychofizjologii. / wyd. JAK. Batueva - Petersburg, 1994

7. Metody neurofizjologii klinicznej. / wyd. VB Grechina - L., 1977

8. Ogólny przebieg fizjologii człowieka i zwierząt. W 2 T. / wyd. PIEKŁO. Nozdraczow - M., 1991

9. Warsztaty z fizjologii normalnej. / wyd. NA. Agadzhanyan - M .: Wydawnictwo Uniwersytetu RUDN, 1996

Praca 6

Temat: „Metody histologiczne i neuroanatomiczne”

Pytania do samodzielnej nauki

1. Perfuzja.

2. Ekstrakcja mózgu.

3. Tworzenie bloków tkanki mózgowej.

4. Tworzenie przekrojów.

5. Przygotowanie żelatynizowanych szkiełek.

6. Montaż plasterków.

7. Fotografowanie niebarwionych przekrojów.

8. Kolorowanie.

Literatura

1. Batuev A.S. Wyższa aktywność nerwowa. M., 1991

2. Duża pracownia fizjologii człowieka i zwierząt. / wyd. BA Kudryashova - M .: Szkoła wyższa, 1984

3. Guminsky A.A., Leont'eva N.N., Marinova K.V. Przewodnik po badaniach laboratoryjnych z fizjologii ogólnej. - M.: Edukacja, 1990

4. Małe warsztaty z fizjologii człowieka i zwierząt. / wyd. JAK. Batueva - St. Petersburg: Wydawnictwo Państwowego Uniwersytetu w Petersburgu, 2001

5. Metody i podstawowe eksperymenty do badania mózgu i zachowania. J. Buresh, O. Bureshiva, D. Houston / Przetłumaczone z angielskiego. - M.: Szkoła Wyższa, 1991

6. Metody badawcze w psychofizjologii. / wyd. JAK. Batueva - Petersburg, 1994

7. Metody neurofizjologii klinicznej. / wyd. VB Grechina - L., 1977

8. Ogólny przebieg fizjologii człowieka i zwierząt. W 2 T. / wyd. PIEKŁO. Nozdraczow - M., 1991

9. Warsztaty z fizjologii normalnej. / wyd. NA. Agadzhanyan - M .: Wydawnictwo Uniwersytetu RUDN, 1996

Praca 7

Temat: „Badanie różnych metod i technik w badaniu układów somatosensorycznych organizmu”

Pytania do samodzielnej nauki

1. Ogólne zasady skoordynowanego unerwienia mięśni.

2. Wzajemne unerwienie mięśni antagonistycznych.

3. Zwierzę rdzeniowe.

4. Monosympatyczny i polisympatyczny łuk odruchowy.

5. Odwracalne wykluczenie móżdżku u szczurów.

6. Chemiczne niszczenie struktur mózgowych.

7. Metoda aspiracji.

Literatura

1. Batuev A.S. Wyższa aktywność nerwowa. M., 1991

2. Duża pracownia fizjologii człowieka i zwierząt. / wyd. BA Kudryashova - M .: Szkoła wyższa, 1984

3. Guminsky A.A., Leont'eva N.N., Marinova K.V. Przewodnik po badaniach laboratoryjnych z fizjologii ogólnej. - M.: Edukacja, 1990

4. Małe warsztaty z fizjologii człowieka i zwierząt. / wyd. JAK. Batueva - St. Petersburg: Wydawnictwo Państwowego Uniwersytetu w Petersburgu, 2001

5. Metody i podstawowe eksperymenty do badania mózgu i zachowania. J. Buresh, O. Bureshiva, D. Houston / Przetłumaczone z angielskiego. - M.: Szkoła Wyższa, 1991

6. Metody badawcze w psychofizjologii. / wyd. JAK. Batueva - Petersburg, 1994

7. Metody neurofizjologii klinicznej. / wyd. VB Grechina - L., 1977

8. Ogólny przebieg fizjologii człowieka i zwierząt. W 2 T. / wyd. PIEKŁO. Nozdraczow - M., 1991

9. Warsztaty z fizjologii normalnej. / wyd. NA. Agadzhanyan - M .: Wydawnictwo Uniwersytetu RUDN, 1996

Praca 8

Temat: „Badanie różnych metod i technik w badaniu układów trzewnych ciała”

Pytania do samodzielnej nauki

1. Rejestracja potencjału czynnościowego (AP) mięśnia sercowego żołądka i jego zmian po pobudzeniu pnia vagosympatycznego.

2. Badanie wpływu przywspółczulnego i współczulnego na siłę i częstotliwość skurczów serca.

3. Funkcja autoregulacji wewnątrzsercowego układu nerwowego.

4. Odruchy trzewno-sercowe.

5. Topografia i charakterystyka anatomiczna gruczołów dokrewnych szczura.

6. Rola gonad w regulacji drugorzędowych cech płciowych.

7. Biochemiczne i immunoenzymatyczne oznaczanie poziomu kortykosteroidów w płynach biologicznych szczurów i ludzi.

Literatura

1. Batuev A.S. Wyższa aktywność nerwowa. M., 1991

2. Duża pracownia fizjologii człowieka i zwierząt. / wyd. BA Kudryashova - M .: Szkoła wyższa, 1984

3. Guminsky A.A., Leont'eva N.N., Marinova K.V. Przewodnik po badaniach laboratoryjnych z fizjologii ogólnej. - M.: Edukacja, 1990

4. Małe warsztaty z fizjologii człowieka i zwierząt. / wyd. JAK. Batueva - St. Petersburg: Wydawnictwo Państwowego Uniwersytetu w Petersburgu, 2001

5. Metody i podstawowe eksperymenty do badania mózgu i zachowania. J. Buresh, O. Bureshiva, D. Houston / Przetłumaczone z angielskiego. - M.: Szkoła Wyższa, 1991

6. Metody badawcze w psychofizjologii. / wyd. JAK. Batueva - Petersburg, 1994

7. Metody neurofizjologii klinicznej. / wyd. VB Grechina - L., 1977

8. Ogólny przebieg fizjologii człowieka i zwierząt. W 2 T. / wyd. PIEKŁO. Nozdraczow - M., 1991

9. Warsztaty z fizjologii normalnej. / wyd. NA. Agadzhanyan - M .: Wydawnictwo Uniwersytetu RUDN, 1996

Praca 9

Temat: „Metody badania wyższej aktywności nerwowej”

Pytania do samodzielnej nauki

1. Metoda rozwijania odruchów warunkowych.

2. Klasyczne i instrumentalne metody rozwijania odruchów warunkowych.

3. Metody badania pamięci krótkotrwałej i długotrwałej.

4. Badania neurologiczne na szczurach.

5. Pomiar struktury zachowania.

6. Rozwój instrumentalnych odruchów warunkowych.

7. Metody statystyczne stosowane w fizjologii.

Literatura

1. Batuev A.S. Wyższa aktywność nerwowa. M., 1991

2. Duża pracownia fizjologii człowieka i zwierząt. / wyd. BA Kudryashova - M .: Szkoła wyższa, 1984

3. Guminsky A.A., Leont'eva N.N., Marinova K.V. Przewodnik po badaniach laboratoryjnych z fizjologii ogólnej. - M.: Edukacja, 1990

4. Małe warsztaty z fizjologii człowieka i zwierząt. / wyd. JAK. Batueva - St. Petersburg: Wydawnictwo Państwowego Uniwersytetu w Petersburgu, 2001

5. Metody i podstawowe eksperymenty do badania mózgu i zachowania. J. Buresh, O. Bureshiva, D. Houston / Przetłumaczone z angielskiego. - M.: Szkoła Wyższa, 1991

6. Metody badawcze w psychofizjologii. / wyd. JAK. Batueva - Petersburg, 1994

7. Metody neurofizjologii klinicznej. / wyd. VB Grechina - L., 1977

8. Ogólny przebieg fizjologii człowieka i zwierząt. W 2 T. / wyd. PIEKŁO. Nozdraczow - M., 1991

9. Warsztaty z fizjologii normalnej. / wyd. NA. Agadzhanyan - M .: Wydawnictwo Uniwersytetu RUDN, 1996

Fizjologia wyłoniła się jako niezależna nauka w XV wieku dzięki badaniom Harveya i wielu innych przyrodników, a od końca XV do początku XVI wieku główną metodą w dziedzinie fizjologii była metoda metoda eksperymentu. Metoda obserwacji jest najstarsza, pochodzi od dr. Grecja, była dobrze rozwinięta w Egipcie, na dr. Wschód, Tybet, Chiny. Istota tej metody polega na długoterminowej obserwacji zmian funkcji i stanów organizmu, utrwaleniu tych obserwacji iw miarę możliwości porównaniu obserwacji wizualnych ze zmianami zachodzącymi w organizmie po otwarciu. Hipokrates przypisywał charakter zachowania obserwowanym znakom. Dzięki uważnym obserwacjom sformułował doktrynę temperamentu. Metoda obserwacji jest szeroko stosowana w fizjologii (zwłaszcza w psychofizjologii), a obecnie łączy się ją z metodą chronicznego eksperymentu.
Metoda eksperymentalna. Eksperyment fizjologiczny, w przeciwieństwie do zwykłej obserwacji, jest celową ingerencją w bieżące administrowanie organizmem, mającą na celu wyjaśnienie natury i właściwości jego funkcji, ich związków z innymi funkcjami oraz z czynnikami środowiskowymi. Również interwencja wymaga często chirurgicznego przygotowania zwierzęcia, które może nosić: 1) ostre (wiwisekcja, od słowa vivo – żywy, sekcia – secu, czyli secu dla żywych), 2) przewlekłe (eksperymentalno-chirurgiczne) formy. Pod tym względem eksperyment dzieli się na 2 typy: ostry (wiwisekcja) i przewlekły. Wiwisekcja jest formą eksperymentu przeprowadzanego na unieruchomionym zwierzęciu. Po raz pierwszy wiwisekcję zaczęto stosować w średniowieczu, ale szeroko zaczęto ją wprowadzać do nauk fizjologicznych w okresie renesansu (XV-XVII w.). Znieczulenie w tym czasie nie było znane i zwierzę było sztywno unieruchomione na 4 kończynach, podczas gdy cierpiało. Stało się to przyczyną powstania grup i nurtów filozoficznych. Animalizm (trendy promujące humanitarny stosunek do zwierząt i opowiadający się za zaprzestaniem znęcania się nad zwierzętami, obecnie propagowany animalizm), witalizm (postulowanie, by nie przeprowadzać eksperymentów na zwierzętach nieuśpionych i ochotnikach), mechanizm (prawidłowo zidentyfikowany zachodzące w zwierzęciu procesy w przyrodzie nieożywionej, wybitnym przedstawicielem mechanizmu był francuski fizyk, mechanik i fizjolog Rene Descartes), antropocentryzm. Od XIX wieku znieczulenie zaczęto stosować w ostrych eksperymentach. Doprowadziło to do naruszenia procesów regulacyjnych ze strony wyższych procesów ośrodkowego układu nerwowego, w wyniku czego naruszona zostaje integralność odpowiedzi organizmu i jego połączenie ze środowiskiem zewnętrznym. Takie zastosowanie znieczulenia i interwencji chirurgicznej podczas wiwisekcji wprowadza do ostrego eksperymentu niekontrolowane parametry, które są trudne do uwzględnienia i przewidzenia.
Ostry eksperyment, jak każda metoda eksperymentalna, ma swoje zalety:
1) wiwisekcja - jedna z metod analitycznych, umożliwia symulowanie różnych sytuacji Seminarium
2) wiwisekcja umożliwia uzyskanie wyników w stosunkowo krótkim czasie. wady:
1) w ostrym eksperymencie świadomość jest wyłączona podczas stosowania znieczulenia, a zatem naruszana jest integralność reakcji organizmu;
2) połączenie organizmu z otoczeniem zostaje zerwane w przypadku znieczulenia;
3) przy braku znieczulenia dochodzi do niedostatecznego uwalniania hormonów stresu i endogennych (wytwarzanych wewnątrz organizmu) endorfin podobnych do morfiny, które mają działanie przeciwbólowe, co jest nieadekwatne do prawidłowego stanu fizjologicznego.
Eksperyment przewlekły - długotrwała obserwacja po ostrej interwencji i przywróceniu relacji z otoczeniem. Zalety chronicznego eksperymentu: ciało jest jak najbardziej zbliżone do warunków intensywnej egzystencji. Niektórzy fizjolodzy przypisują wady przewlekłego eksperymentu faktowi, że wyniki uzyskuje się w stosunkowo długim czasie. W eksperymencie przewlekłym stosuje się szereg technik i podejść metodologicznych.
1. Metody elektrofizjologiczne.
2. Sposób zakładania przetok na narządy jamy brzusznej i na narządy z przewodami wydalniczymi.
Przodkiem metody przetokowej był Basow, jednak po wykonaniu przetoki jego metodą zawartość żołądka wpadała do probówki wraz z sokami trawiennymi, co utrudniało badanie składu soku żołądkowego, etapów trawienie, szybkość procesów trawienia i jakość wydzielonego soku żołądkowego dla różnych składów żywności. Przetoki można nałożyć na żołądek, przewody ślinianek, jelita, przełyk itp. Różnica między przetoką Pawłowa a Basowską polega na tym, że Pawłow zastosował przetokę do „małej komory”, która została sztucznie wykonana chirurgicznie i zatrzymana regulacji trawiennej i humoralnej. Pozwoliło to Pawłowowi ujawnić nie tylko jakościowy i ilościowy skład soku żołądkowego do przyjmowania pokarmu, ale także mechanizmy nerwowej i humoralnej regulacji trawienia w żołądku. Za swoją pracę w dziedzinie trawienia Pawłow otrzymał Nagrodę Nobla.
3. Heterogenne znieczulenia nerwowo-naczyniowe lub nerwowo-mięśniowe. Jest to zmiana w narządzie efektorowym w genetycznie uwarunkowanej nerwowej regulacji funkcji. Przeprowadzenie takich znieczuleń ujawnia brak lub obecność plastyczności neuronów lub ośrodków nerwowych w regulacji funkcji. W znieczuleniach nerwowo-naczyniowych narządami efektorowymi są naczynia krwionośne, a zatem znajdujące się w nich chemo- i baroreceptory.
4. Transplantacje różnych narządów. Przesadzanie i usuwanie narządów lub różnych części mózgu (wytępienie). W wyniku usunięcia narządu powstaje niedoczynność danego gruczołu, w wyniku przesadzania powstaje sytuacja nadczynności lub nadmiaru hormonów danego gruczołu. Wytępienie różnych części mózgu i kory mózgowej ujawnia funkcje tych działów. Na przykład po usunięciu móżdżku ujawniono jego udział w regulacji ruchu, utrzymaniu postawy i odruchach statokinetycznych. Usunięcie różnych odcinków kory mózgowej pozwoliło Brodmanowi podzielić korę na 52 pola.
5. Metoda przecinania mózgu i rdzenia kręgowego. Pozwala określić funkcjonalne znaczenie każdego działu ośrodkowego układu nerwowego w regulacji funkcji somatycznych i trzewnych organizmu, a także w regulacji zachowania.
6. Wszczepianie elektrod w różne części mózgu. Pozwala określić aktywność i znaczenie funkcjonalne określonej struktury nerwowej w regulacji funkcji organizmu (motorycznych, trzewnych i psychicznych). Elektrody wszczepiane do mózgu są wykonane z materiałów obojętnych (to znaczy muszą być odurzające): platyny, srebra, palladu. Elektrody pozwalają nie tylko ujawnić funkcję jednego lub drugiego obszaru, ale odwrotnie, zarejestrować, w której części mózgu pojawienie się wywołuje potencjał (BT) w odpowiedzi na określone funkcje funkcjonalne. Technologia mikroelektrod daje człowiekowi możliwość badania fizjologicznych podstaw psychiki i zachowania.
7. Wszczepienie kaniuli (mikro). Perfuzja to przepuszczanie roztworów o różnym składzie chemicznym przez nasz składnik lub przez obecność w nim metabolitów (glukozy, PCW, kwasu mlekowego) lub przez zawartość substancji biologicznie czynnych (hormony, neurohormony, endorfiny, enkefaminy itp.). Kaniula umożliwia wstrzykiwanie roztworów o różnej zawartości w określony obszar mózgu i obserwację zmian czynnościowych czynności ze strony aparatu ruchu, narządów wewnętrznych czy zachowania, aktywności psychicznej.
8. Wprowadzenie znakowanych atomów i późniejsza obserwacja na pozytonowym tomografie emisyjnym (PET). Najczęściej podaje się auroglukozę znakowaną złotem (złoto + glukoza). Według figuratywnego wyrażenia Greene'a, ATP jest uniwersalnym dawcą energii we wszystkich żywych organizmach, aw syntezie i resyntezie ATP glukoza jest głównym substratem energetycznym (resynteza ATP może zachodzić również z fosforanu kreatyny). Dlatego ilość zużytej glukozy służy do oceny czynności funkcjonalnej określonej części mózgu, jej syntetycznej aktywności. Glukoza jest zużywana przez komórki, podczas gdy złoto nie jest wykorzystywane i gromadzi się w tym obszarze. Według multiaktywnego złota, jego ilość ocenia się na podstawie aktywności syntetycznej i funkcjonalnej.
9. Metody stereotaktyczne. Są to metody, w których wykonywane są operacje chirurgiczne wszczepienia elektrod w określony obszar mózgu zgodnie z atlasem stereotaktycznym mózgu, a następnie zapis przypisanych biopotencjałów szybkich i wolnych, z zapisem potencjałów wywołanych, a także zapis EEG, miogramy.
10. Metody biochemiczne. Jest to duża grupa metod, za pomocą których w krążących płynach, tkankach, a czasem i narządach oznacza się poziom kationów, anionów, pierwiastków zjonizowanych (makro i mikroelementy), substancji energetycznych, enzymów, substancji biologicznie czynnych (hormonów itp.) . Metody te są stosowane in vivo (w inkubatorach) lub w tkankach, które nadal wydzielają i syntetyzują wytworzone substancje do pożywki inkubacyjnej. Metody biochemiczne umożliwiają ocenę czynności czynnościowej konkretnego narządu lub jego części, a czasem nawet całego układu narządów. Na przykład poziom 11-OCS może służyć do oceny czynności funkcjonalnej strefy wiązkowej kory nadnerczy, ale poziom 11-OCS może być również używany do oceny czynności czynnościowej układu podwzgórze-przysadka-nadnercza . Ogólnie rzecz biorąc, ponieważ 11-OCS jest produktem końcowym połączenia obwodowego kory nadnerczy. 11. Metody histochemiczne. Metody immunologiczne w fizjologii.
12. Metody badania fizjologii DNB. Planowanie eksperymentów Do planowania eksperymentów niezbędna jest znajomość zasad i taktyki badań, podejścia naukowego, które najlepiej kształtuje się w bezpośredniej realizacji eksperymentów. Przewagą badania laboratoryjnego nad obserwacją jest to, że badacz może kontrolować warunki eksperymentu, czyli ustalić precyzyjną kontrolę nad tzw. zmiennymi niezależnymi w celu ujawnienia ich wpływu na zmienne zależne. Zmiennymi zależnymi mogą być dowolne cechy fizjologiczne, podczas gdy zmiennymi niezależnymi są warunki, które są kontrolowane przez eksperymentatora i czasami narzucane organizmowi. Warunki obejmują bezpośrednią interwencję (usunięcie części mózgu, jego stymulację lub użycie różnych leków), zmiany w środowisku (temperatura i światło), zmiany w schemacie wzmacniania, trudności w nauce, czas trwania deprywacji pokarmowej lub czynniki takie jak jak wiek, płeć, linia genetyczna itp. Aby zminimalizować błędną interpretację eksperymentów związaną z trudnością odróżnienia efektów interwencji eksperymentalnych od skutków innych zmiennych, należy wprowadzić procedury kontrolne. W idealnym przypadku grupa kontrolna jest badana w taki sam sposób jak grupa eksperymentalna, z wyłączeniem wpływu badanego czynnika, na który zaplanowano sam eksperyment. To samo zwierzę można wykorzystać zarówno w kontroli, jak iw eksperymencie, jeśli np. konieczne jest porównanie jego zachowania przed i po usunięciu obszarów mózgu. Inną powszechną procedurą kontrolną, której celem jest ograniczenie jednoczesnego wpływu zmiennych czynników, jest zrównoważone stosowanie różnych oddziaływań u tego samego zwierzęcia (na przykład zastrzyki różnych leków lub różne dawki tego samego leku). Kolejnym ważnym punktem kontroli jest losowe przydzielanie zwierząt do różnych grup. Najlepiej zrobić to za pomocą tabeli liczb losowych, którą można znaleźć w wielu książkach statystycznych (zwykłe wyciągnięcie zwierząt z klatki w celu utworzenia grupy nie jest odpowiednie, ponieważ najsłabsze lub najbardziej pasywne zwierzęta zostaną zabrane w pierwszej kolejności). Ze względu na możliwe błędy lub zmienność uzyskanych wyników z powodu niekontrolowanych zmiennych pomiary są zwykle powtarzane i ustalana jest wartość średnia lub mediana. W powtarzanych pomiarach wykonuje się wiele obserwacji na tych samych zwierzętach lub jedną obserwację na wielu zwierzętach lub jedno i drugie. Im bardziej prawdopodobne są błędy lub fluktuacje związane z jakimiś nieznanymi lub niekontrolowanymi zmiennymi, tym bardziej prawdopodobne jest, że powtarzane pomiary będą się różnić, a zatem zmienność pomiarów względem średniej będzie większa. Analiza statystyczna służy do oceny stopnia istotności zaobserwowanych różnic między grupami eksperymentalnymi i kontrolnymi lub warunkami eksperymentu. Analiza naukowa, oparta na obserwacjach naturalistycznych lub eksperymentach laboratoryjnych, opiera się na pomiarach, za pomocą których nadajemy obserwacjom charakter ilościowy. Tak zwany poziom miary określa, jakie operacje arytmetyczne można zastosować na liczbach, co w związku z tym warunkuje zastosowanie odpowiednich metod statystycznych. Badacz musi uwzględniać poziom pomiarów i przewidywać charakter statystycznego przetwarzania wyników już na etapie planowania eksperymentów, gdyż te rozważania pomogą w podjęciu decyzji o dokładności przyrządów pomiarowych i wymaganej liczbie eksperymentów. Sprzęt do badania funkcji fizjologicznych. Sukcesy współczesnej fizjologii w badaniu funkcji całego organizmu, jego układów, narządów, tkanek i komórek wynikają w dużej mierze z powszechnego wprowadzenia do praktyki techniki elektronicznej, urządzeń analitycznych i komputerów elektronicznych, a także biochemicznych i farmakologicznych metod badawczych eksperymentu fizjologicznego. W badaniu funkcji fizjologicznych przy użyciu różnych urządzeń w eksperymencie powstają osobliwe układy. Można je podzielić na dwie grupy: 1) systemy rejestracji różnych przejawów aktywności życiowej i analizy uzyskanych danych oraz 2) systemy oddziaływania na organizm lub jego jednostki strukturalne i funkcjonalne. System umożliwiający rejestrację procesów bioelektrycznych zachodzących w organizmie składa się z obiektu badań, elektrod wyjściowych, wzmacniacza, rejestratora oraz zasilacza. Systemy rejestrujące tego rodzaju są wykorzystywane w elektrokardiografii, elektroencefalografii, elektrogastrografii, elektromiografii itp. W badaniu i rejestracji szeregu procesów nieelektrycznych za pomocą sprzętu elektronicznego należy je najpierw przekształcić w sygnały elektryczne. W tym celu stosuje się różne czujniki.
Niektóre czujniki same są w stanie generować sygnały elektryczne i nie potrzebują zasilania ze źródła prądowego, inne potrzebują tego zasilania. Wielkość sygnałów czujnika jest zwykle niewielka, więc aby zostały zarejestrowane, należy je najpierw wzmocnić. Systemy wykorzystujące sensory wykorzystywane są do balistokardiografii, pletyzmografii, sfigmografii, rejestracji aktywności ruchowej, ciśnienia tętniczego, oddychania, oznaczania gazów we krwi i wydychanym powietrzu itp. Jeżeli systemy są uzupełnione i skoordynowane z pracą nadajnika radiowego, to staje się możliwe przesyłanie i rejestrowanie funkcji fizjologicznych w znacznej odległości od obiektu badań. Ta metoda nazywa się biotelemetrią. Rozwój biotelemetrii determinuje wprowadzenie mikrominiaturyzacji w inżynierii radiowej. Pozwala na badanie funkcji fizjologicznych nie tylko w warunkach laboratoryjnych, ale także w warunkach swobodnego zachowania, podczas pracy i zajęć sportowych, niezależnie od odległości między obiektem badań a badaczem. Systemy mające na celu oddziaływanie na organizm lub jego jednostki strukturalne i funkcjonalne mają różne efekty: pobudzające, stymulujące i hamujące.
Metody i opcje ekspozycji mogą być bardzo różnorodne. Podczas badania odległych analizatorów impuls stymulujący może być odbierany z odległości; w takich przypadkach elektrody stymulujące nie są potrzebne. Na przykład można wpływać na analizator wizualny światłem, na analizator słuchowy dźwiękiem, a na analizator węchowy różnymi zapachami. W eksperymentach fizjologicznych jako bodziec często stosuje się prąd elektryczny, dlatego powszechnie stosuje się elektroniczne stymulatory impulsów i elektrody stymulujące. Stymulacja elektryczna służy do stymulacji receptorów, komórek, mięśni, włókien nerwowych, nerwów, ośrodków nerwowych itp. W razie potrzeby można zastosować stymulację biotelemetryczną. Badania funkcji fizjologicznych prowadzone są nie tylko w spoczynku, ale także podczas różnych aktywności fizycznych.
Te ostatnie można również utworzyć. wykonywanie określonych ćwiczeń (przysiady, bieganie itp.) lub korzystanie z różnych urządzeń (ergometr rowerowy, bieżnia itp.), które umożliwiają dokładne dozowanie obciążenia. Systemy rejestrujące i stymulujące są często używane jednocześnie, co znacznie rozszerza możliwości eksperymentów fizjologicznych. Systemy te można łączyć na różne sposoby.

Fizjologia jest nauką eksperymentalną, tj. wszystkie jej teoretyczne założenia opierają się na wynikach eksperymentów i obserwacji.

Obserwacja stosowano od pierwszych kroków w rozwoju nauk fizjologicznych. W trakcie obserwacji badacze przekazują ustne sprawozdanie z wyników. W tym przypadku obiekt obserwacji znajduje się zwykle w warunkach naturalnych bez szczególnego wpływu na niego badacza. Wadą prostej obserwacji jest ograniczona możliwość uzyskania wskaźników ilościowych i postrzegania szybkich procesów. Tak więc na początku XVII wieku. V. Harvey, obserwując pracę serca u małych zwierząt, napisał: „Prędkość ruchu serca nie pozwala nam rozróżnić, w jaki sposób dochodzi do skurczu i rozkurczu, dlatego nie można wiedzieć, w którym momencie iw której części rozszerza się i następuje skurcz”

Większe możliwości niż zwykła obserwacja w badaniu procesów fizjologicznych daje otoczenie eksperymenty. Przeprowadzając eksperyment fizjologiczny, badacz sztucznie stwarza warunki do ujawnienia istoty i wzorców przebiegu procesów fizjologicznych. Dozowane oddziaływania fizyczne i chemiczne, wprowadzanie różnych substancji do krwi lub narządów można zastosować do żywego obiektu i zbadać reakcję narządów i układów.

Eksperymenty w fizjologii dzielą się na ostre i przewlekłe. Ostre doświadczenia przeprowadzane są na zwierzętach i charakteryzują się tym, że zadanie ratowania życia zwierzęcia nie jest postawione, po eksperymencie umiera. Podczas takiego doświadczenia wykonuje się, usuwa niekompatybilne z życiem nacięcia narządy. Odległe narządy nazywane są izolowanymi. ich przez ingerować w roztwory soli o podobnym składzie lub co najmniej w treść niezbędne minerały do ​​osocza krew. Takie roztwory nazywane są fizjologicznymi. Do najprostszych roztworów fizjologicznych należy izotoniczny 0,9% roztwór chlorku sodu.

inscenizacja eksperymenty z wykorzystaniem wyizolowanych lub gany była szczególnie popularna w okresie XVII - początku XX wieku. kiedy nastąpiła kumulacja wiedzy o funkcjach narządów i ich funkcji rozsądnyStruktury. Dla produkcje Do eksperymentu fizjologicznego najwygodniej jest użyć izolowanych narządów zwierząt zimnokrwistych. Wystarczy więc umyć wyizolowane serce żaby roztworem soli Ringera, aw temperaturze pokojowej będzie się kurczyć przez wiele godzin. Z- ze względu na łatwość przygotowania i wagę uzyskiwanych informacji, takie preparaty biologiczne zaczęto stosować nie tylko w fizjologii, ale także w innych dziedzinach nauk medycznych. Na przykład preparat izolowanego serca żaby (metodą Strauba) jest używany jako wystandaryzowany obiekt do badania aktywności biologicznej niektórych leków podczas ich masowej produkcji i opracowywania nowych leków.

Jednak możliwości ostrego eksperymentu są ograniczone nie tylko ze względu na kwestie etyczne związane z faktem, że zwierzęta giną podczas eksperymentu i możliwością zadawania im bólu przy niedostatecznie odpowiednim znieczuleniu, ale także dlatego, że badanie jest prowadzone nie w warunkach całego organizmu, ale z naruszeniem systemowych mechanizmów regulacyjnych.

chroniczne przeżycie pozbawiony niektórych z powyższych wad. W eksperymencie przewlekłym badanie przeprowadza się na praktycznie zdrowym zwierzęciu, poddając je minimalnemu wpływowi i ratując mu życie. Przed badaniem można przeprowadzić na zwierzęciu operacje przygotowujące do eksperymentu (wszczepiane są elektrody, wykonywane są przetoki umożliwiające dostęp do jam i przewodów narządów). W tym przypadku zwierzę bierze się do doświadczenia po wygojeniu powierzchni rany i przywróceniu funkcji.

Ważnym wydarzeniem w rozwoju metod fizjologicznych było wprowadzenie graficznego zapisu obserwowanych zjawisk. Niemiecki naukowiec K. Ludwig wynalazł kymograf i po raz pierwszy zarejestrował fluktuacje (fale) tętniczego ciśnienia krwi. W ślad za tym opracowano metody rejestrowania procesów fizjologicznych za pomocą przekładni mechanicznych (dźwignie Engelmanna), przekładni powietrznych (kapsuła Mareya), metody rejestrowania ukrwienia narządów i ich objętości (pletyzmograf Mosso). Krzywe uzyskane podczas takich rejestracji są zwykle nazywane kymogramami.

Szersze możliwości metodologiczne w zakresie wiedzy o fizjologii człowieka i zwierząt pojawiły się po stworzeniu teorii elektryczności i urządzeń do rejestracji potencjałów elektrycznych i dozowanego oddziaływania prądu elektrycznego na organizm. Najbardziej adekwatne do oddziaływania na struktury nerwowe i mięśniowe okazały się bodźce elektryczne. Przy umiarkowanej sile i czasie trwania bodźca efekty te nie powodują uszkodzeń badanych struktur i mogą być stosowane wielokrotnie. Odpowiedź na nie z reguły kończy się w ułamku sekundy.

Rozwój fizyki, chemii, cybernetyki pod koniec XX wieku. stworzył podstawy do jakościowego doskonalenia metod badań fizjologicznych. Metody opracowane przez fizjologów są szeroko stosowane w praktyce klinicznej.

Poniżej wymieniono niektóre z najważniejszych współczesnych wymagań dotyczących stosowanych i nowo opracowywanych metod badań fizjologicznych.

Bezpieczeństwo badania, brak traumatyzacji i uszkodzenia badanego obiektu.

Działanie czujników i urządzeń rejestrujących.

Możliwość synchronicznej rejestracji kilku wskaźników funkcji fizjologicznych.

Możliwość długoterminowej rejestracji badanych wskaźników. Pozwala to na ujawnienie cykliczności przebiegu procesów fizjologicznych, określenie parametrów rytmów dobowych (okołodobowych), rozpoznanie obecności napadowych (epizodycznych) zaburzeń procesów.

Niewielkie wymiary i waga urządzeń pozwalają na prowadzenie badań nie tylko w szpitalu, ale także w terenie, podczas pracy czy aktywności sportowej człowieka.

Wykorzystanie techniki komputerowej i osiągnięć cybernetyki do rejestracji i analizy uzyskanych danych oraz modelowania procesów fizjologicznych. Podczas korzystania z technologii komputerowej koszty czasu związane z rejestracją danych i ich matematyczną obróbką są znacznie zmniejszone i możliwe staje się wydobycie większej ilości informacji z odbieranych sygnałów.

Jednak pomimo wielu zalet nowoczesnych metod badań fizjologicznych, poprawność definicji wskaźniki Funkcje fizjologiczne w dużej mierze zależą od jakości kształcenia personelu medycznego, od wiedzy podmioty procesy fizjologiczne, cechy sensorów i zasady działania stosowanych urządzeń, umiejętność pracy Z pacjentów, udzielać mu instrukcji, monitorować postępy ich realizacji i korygować działania pacjenta.

Wyniki jednorazowych pomiarów lub dynamicznych obserwacji przeprowadzonych przez różnych lekarzy u tego samego pacjenta nie zawsze są zgodne. Pozostaje zatem problem zwiększenia wiarygodności procedur diagnostycznych i jakości badań.

Jakość badania charakteryzuje się dokładnością, poprawnością, zbieżnością i powtarzalnością pomiarów.

Określona w trakcie badania charakterystyka ilościowa wskaźnika fizjologicznego zależy zarówno od rzeczywistej wartości parametru tego wskaźnika, jak i od liczby błędów wprowadzanych przez urządzenie i personel medyczny. Te błędy to tzw zmienność analityczna. Zwykle wymaga się, aby zmienność analityczna nie przekraczała 10% wartości mierzonej. Ponieważ prawdziwa wartość wskaźnika u tej samej osoby może się zmieniać ze względu na rytmy biologiczne, warunki pogodowe i inne czynniki, termin różnice wewnątrzosobnicze. Nazywa się różnicę w tym samym wskaźniku u różnych osób różnice międzyosobnicze. Całość wszystkich błędów i fluktuacji parametrów nazywa się ogólna zmienność.

Ważną rolę w pozyskiwaniu informacji o stanie i stopniu naruszenia funkcji fizjologicznych odgrywają tzw. testy funkcjonalne. Termin „próba funkcjonalna” jest często używany zamiast „test”. Przeprowadzanie prób funkcjonalnych to testowanie. Jednak w praktyce klinicznej termin „test” jest używany częściej i w nieco szerszym znaczeniu niż „test funkcjonalny”

test funkcjonalny obejmuje badanie parametrów fizjologicznych w dynamice, przed i po wykonaniu określonych oddziaływań na organizm lub arbitralnych działań podmiotu. Najczęściej stosowane testy funkcjonalne dozowały aktywność fizyczną. Testy wykonywane są również przez efekty wejściowe, w których zmiany pozycji ciała w przestrzeni, wysiłek, zmiany składu gazowego wdychanego powietrza, wprowadzenie leków, rozgrzewanie, schładzanie, wypicie określonej dawki roztworu alkalicznego , i ujawnia się wiele innych wskaźników.

Niezawodność i trafność należą do najważniejszych wymagań stawianych testom funkcjonalnym.

Niezawodność - umiejętność wykonania badania z zadowalającą dokładnością przez średnio wykwalifikowanego specjalistę. Wysoka niezawodność jest nieodłącznym elementem dość prostych testów, na których wykonanie ma niewielki wpływ środowisko. Najbardziej wiarygodne testy, które odzwierciedlają stan lub wielkość rezerw funkcji fizjologicznych, rozpoznają odniesienie, norma Lub referencyjny.

pojęcie ważność odzwierciedla przydatność badania lub metody do zamierzonego celu. Jeżeli wprowadzany jest nowy test, to jego trafność ocenia się porównując wyniki uzyskane za pomocą tego testu z wynikami wcześniej uznanych, referencyjnych testów. Jeśli nowo wprowadzony test pozwala w większej liczbie przypadków na znalezienie poprawnych odpowiedzi na pytania zadane podczas testowania, to test ten ma wysoką trafność.

Zastosowanie testów funkcjonalnych znacznie zwiększa możliwości diagnostyczne tylko wtedy, gdy testy te są wykonywane prawidłowo. Ich odpowiedni dobór, realizacja i interpretacja wymagają, aby pracownicy medyczni posiadali szeroką wiedzę teoretyczną oraz wystarczające doświadczenie w wykonywaniu pracy praktycznej.