Metode de cercetare fiziologică. Fiziologia ca știință

Metodologie - un set de manipulări, a căror implementare asigură obținerea rezultatelor necesare în conformitate cu sarcina.

Metoda de cercetare analitico-sintetică- o modalitate de a studia funcționarea organismului în mod holistic, în unitatea și interconectarea tuturor componentelor sale.

Metode de cercetare în fiziologie

Pentru a studia diferite procese și funcții ale unui organism viu, se folosesc metode de observare și experiment.

Observatie - o metodă de obținere a informațiilor prin înregistrarea directă, de obicei vizuală, a fenomenelor și proceselor fiziologice care au loc în anumite condiții.

Experiment- o metodă de obținere a unor noi informații despre relațiile cauză-efect dintre fenomene și procese în condiții controlate și controlate. Un experiment acut este unul care este efectuat pentru o perioadă relativ scurtă de timp. Un experiment care durează mult timp (zile, săptămâni, luni, ani) se numește cronic.

Metoda de observare

Esența acestei metode este de a evalua manifestarea unui anumit proces fiziologic, funcția unui organ sau țesut în condiții naturale. Aceasta este prima metodă, care își are originea în Grecia Antică. În Egipt, în timpul mumificării, cadavrele erau deschise, iar preoții analizau starea diferitelor organe în legătură cu datele înregistrate anterior despre frecvența pulsului, cantitatea și calitatea urinei și alți indicatori la oamenii pe care i-au observat.

În prezent, oamenii de știință, care desfășoară cercetări observaționale, folosesc o serie de dispozitive simple și complexe în arsenalul lor (aplicarea de fistule, implantarea de electrozi), ceea ce face posibilă determinarea mai fiabilă a mecanismului de funcționare a organelor și țesuturilor. De exemplu, observând activitatea glandei salivare, puteți determina cât de multă salivă este secretată într-o anumită perioadă a zilei, culoarea, grosimea acesteia etc.

Cu toate acestea, observarea fenomenului nu răspunde la întrebarea cum se realizează acest sau acel proces sau funcție fiziologică.

Metoda observațională este utilizată mai pe scară largă în zoopsihologie și etologie.

Metoda experimentala

Un experiment fiziologic este o intervenție direcționată în corpul unui animal pentru a afla influența diferiților factori asupra funcțiilor sale individuale. O astfel de intervenție necesită uneori pregătirea chirurgicală a animalului, care poate fi acută (vivisecție) sau cronică (chirurgical experimental). Prin urmare, experimentele sunt împărțite în două tipuri: acute (vivisecție) și cronice.

Metoda experimentală, spre deosebire de metoda observațională, face posibilă aflarea motivului implementării unui proces sau funcție.

Vivisecţie efectuate în stadiile incipiente ale dezvoltării fiziologice pe animale imobilizate fără utilizarea anesteziei. Dar începând din secolul al XIX-lea. În experimentele acute s-a folosit anestezie generală.

Un experiment acut are avantajele și dezavantajele sale. Printre avantaje se numără capacitatea de a simula diferite situații și de a obține rezultate într-un timp relativ scurt. Dezavantajele includ faptul că, într-un experiment acut, influența sistemului nervos central asupra corpului este exclusă atunci când se folosește anestezia generală și integritatea răspunsului organismului la diferite influențe este perturbată. În plus, animalele trebuie adesea eutanasiate după un experiment acut.

Prin urmare, metodele au fost dezvoltate ulterior experiment cronic, în care se efectuează observarea pe termen lung a animalelor după intervenția chirurgicală și recuperarea animalului.

Academicianul I.P. Pavlov a dezvoltat o metodă de aplicare a fistulelor pe organele goale (stomac, intestine, vezică urinară). Utilizarea tehnicii fistulei a făcut posibilă elucidarea mecanismelor de funcționare a multor organe. În condiții sterile, se efectuează o operație chirurgicală pe animalul anesteziat pentru a avea acces la un anumit organ intern, se implantează un tub de fistulă sau se scoate ductul glandular și se suturează pe piele. Experimentul propriu-zis începe după ce rana postoperatorie s-a vindecat și animalul și-a revenit, când procesele fiziologice revin la normal. Datorită acestei tehnici, a devenit posibil să se studieze imaginea proceselor fiziologice în condiții naturale pentru o lungă perioadă de timp.

Metoda experimentală, ca și metoda observației, presupune utilizarea unor echipamente moderne simple și complexe, instrumente incluse în sisteme menite să influențeze un obiect și să înregistreze diverse manifestări ale activității vieții.

Invenția kimografului și dezvoltarea unei metode de înregistrare grafică a tensiunii arteriale de către omul de știință german K. Ludwig în 1847 a deschis o nouă etapă în dezvoltarea fiziologiei. Kimograful a făcut posibilă realizarea unei înregistrări obiective a procesului studiat.

Ulterior, au fost dezvoltate metode de înregistrare a contracțiilor inimii și mușchilor (T. Engelman) și o metodă de înregistrare a modificărilor tonusului vascular (pletismografie).

Obiectiv înregistrare grafică fenomenele bioelectrice au devenit posibile datorită galvanometrului cu corzi inventat de fiziologul olandez Einthoven. El a fost primul care a înregistrat o electrocardiogramă pe film fotografic. Înregistrarea grafică a potențialelor bioelectrice a servit ca bază pentru dezvoltarea electrofiziologiei. În prezent, electroencefalografia este utilizată pe scară largă în practică și cercetarea științifică.

O etapă importantă în dezvoltarea electrofiziologiei a fost inventarea microelectrodilor. Folosind micromanipulatoare, acestea pot fi introduse direct într-o celulă și pot fi înregistrate potențialele bioelectrice. Tehnologia microelectrodului a făcut posibilă descifrarea mecanismelor de generare a biopotențialelor în membranele celulare.

Fiziologul german Dubois-Reymond este fondatorul metodei de stimulare electrică a organelor și țesuturilor folosind o bobină de inducție pentru stimularea electrică dozată a țesuturilor vii. În prezent, pentru aceasta se folosesc stimulatoare electronice, făcând posibilă primirea de impulsuri electrice de orice frecvență și putere. Stimularea electrică a devenit o metodă importantă pentru studiul funcțiilor organelor și țesuturilor.

Metodele experimentale includ multe metode fiziologice.

Îndepărtarea(extirparea) unui organ, de exemplu o anumită glandă endocrină, face posibilă determinarea efectului acestuia asupra diferitelor organe și sisteme ale animalului. Îndepărtarea diferitelor zone ale cortexului cerebral a permis oamenilor de știință să determine efectul lor asupra organismului.

Progresele moderne în fiziologie s-au datorat utilizării tehnologiei radio-electronice.

Implantarea electrozilorîn diferite părți ale creierului a ajutat la stabilirea activității diferiților centri nervoși.

Introducere izotopi radioactiviîn organism permite oamenilor de știință să studieze metabolismul diferitelor substanțe din organe și țesuturi.

Metoda tomografică folosirea rezonanței magnetice nucleare este foarte importantă pentru elucidarea mecanismelor proceselor fiziologice la nivel molecular.

BiochimicȘi biofizic metodele ajută la identificarea cu precizie a diferiților metaboliți în organele și țesuturile animalelor în stări normale și patologice.

Cunoașterea caracteristicilor cantitative ale diferitelor procese fiziologice și a relațiilor dintre ele a făcut posibilă crearea modelele lor matematice. Cu ajutorul acestor modele, procesele fiziologice sunt reproduse pe computer și sunt studiate diverse opțiuni de reacție.

Metode de bază ale cercetării fiziologice

Fiziologia este o știință experimentală, adică. toate prevederile sale teoretice se bazează pe rezultatele experimentelor și observațiilor.

Observare

Observare a fost folosit încă de la primele etape ale dezvoltării științei fiziologice. Atunci când efectuează o observație, cercetătorii oferă o prezentare descriptivă a rezultatelor. În acest caz, obiectul de observație este de obicei situat în condiții naturale fără influențe speciale asupra acestuia de către cercetător. Dezavantajul observării simple este imposibilitatea sau marea dificultate de a obține indicatori cantitativi și perceperea proceselor rapide. Deci, la începutul secolului al XVII-lea. V. Harvey, după ce a observat activitatea inimii la animalele mici, a scris: „Viteza mișcării cardiace nu ne permite să distingem cum apar sistola și diastola și, prin urmare, este imposibil să știm în ce moment și în ce parte expansiunea. iar contractia are loc.”

Experienţă

Oportunități mai mari decât simpla observație în studiul proceselor fiziologice vor fi oferite prin stadializare experimente. Atunci când efectuează un experiment fiziologic, cercetătorul va crea artificial condiții pentru identificarea esenței și tiparelor fluxului proceselor fiziologice. Efectele fizice și chimice dozate pot fi aplicate unui obiect viu, introducerea diferitelor substanțe în sânge sau organe și înregistrarea răspunsului la efecte.

Experimentele în fiziologie sunt împărțite în acute și cronice. Efecte asupra animalelor de experiment în experiențe acute pot fi incompatibile cu păstrarea vieții animalelor, de exemplu, efectele unor doze mari de radiații, substanțe toxice, pierderi de sânge, stop cardiac artificial, oprirea fluxului sanguin. Organele individuale pot fi prelevate de la animale pentru a studia funcțiile lor fiziologice sau pentru posibilitatea transplantului la alte animale. Pentru a păstra viabilitatea, organele îndepărtate (izolate) sunt plasate în soluții saline răcite care sunt similare ca compoziție sau cel puțin în conținutul celor mai importante minerale din plasma sanguină. Astfel de soluții se numesc fiziologice. Printre cele mai simple soluții fiziologice se numără o soluție izotopică de NaCl 0,9%.

Efectuarea de experimente folosind organe izolate a fost deosebit de populară în perioada secolului al XV-lea - începutul secolului al XX-lea, când se acumulau cunoștințe despre funcțiile organelor și structurile lor individuale. Pentru a realiza un experiment fiziologic, cel mai convenabil este să folosiți organe izolate ale animalelor cu sânge rece care își păstrează funcțiile pentru o lungă perioadă de timp. Astfel, o inimă de broască izolată, atunci când este spălată cu soluție salină Ringer, se poate contracta la temperatura camerei timp de multe ore și poate răspunde la diferite influențe prin schimbarea naturii contracției. Datorită ușurinței de pregătire și a importanței informațiilor obținute, astfel de organe izolate sunt utilizate nu numai în fiziologie, ci și în farmacologie, toxicologie și alte domenii ale științei medicale. De exemplu, un preparat dintr-o inimă izolată de broască (conform metodei Straub) este utilizat ca obiect standardizat pentru testarea activității biologice în producția în masă a anumitor medicamente și dezvoltarea de noi medicamente.

Cu toate acestea, posibilitățile de experiență acută sunt limitate nu numai din cauza problemelor etice legate de faptul că animalele sunt expuse la durere și mor în timpul experimentului, ci și pentru că cercetarea este adesea efectuată cu încălcarea mecanismelor sistemice care reglează fluxul. a funcţiilor fiziologice, sau în condiţii artificiale – în afara întregului organism.

Experiență cronică lipsesc o serie de dezavantaje enumerate. Într-un experiment cronic, studiul este efectuat pe un animal practic sănătos în condiții de impact minim asupra acestuia și păstrându-i în același timp viața. Înainte de studiu, pe animal pot fi efectuate operații pentru a-l pregăti pentru experiment (se implantează electrozi, se formează fistule pentru accesul în cavitățile și canalele organelor). Experimentele pe astfel de animale încep după ce suprafața rănii s-a vindecat și au fost restaurate funcțiile afectate.

Un eveniment important în dezvoltarea metodelor de cercetare fiziologică a fost introducerea înregistrării grafice a fenomenelor observate. Omul de știință german K. Ludwig a inventat kimograful și a înregistrat pentru prima dată fluctuațiile (valurile) tensiunii arteriale într-un experiment acut. În urma acesteia, au fost dezvoltate metode de înregistrare a proceselor fiziologice folosind roți dințate mecanice (pârghii Engelmann), angrenaje pneumatice (capsula lui Marey), metode de înregistrare a alimentării cu sânge a organelor și a volumului acestora (pletismograf Mosso). Curbele obținute din astfel de înregistrări sunt de obicei numite kimograme.

Fiziologii au inventat metode de colectare a salivei (capsule Lashley-Krasnogorsky), care au făcut posibilă studierea compoziției sale, a dinamicii formării și secreției și, ulterior, a rolului său în menținerea sănătății țesuturilor bucale și a dezvoltării bolilor. Metodele dezvoltate pentru măsurarea forței de presiune a dinților și distribuția acesteia în zonele individuale ale suprafeței dentare au făcut posibilă determinarea cantitativă a forței mușchilor masticatori, a naturii potrivirii suprafeței de mestecat a dinților din partea superioară și fălcile inferioare.

Oportunități mai largi de studiere a funcțiilor fiziologice ale corpului uman și animal au apărut după descoperirea de către fiziologul italian L. Galvani a curenților electrici în țesuturile vii.

Înregistrarea potențialelor electrice ale celulelor nervoase, a proceselor acestora, a structurilor individuale sau a întregului creier a permis fiziologilor să înțeleagă unele dintre mecanismele de funcționare a sistemului nervos al unei persoane sănătoase și tulburările acestora în bolile neurologice. Aceste metode rămân printre cele mai comune în studierea funcțiilor sistemului nervos în laboratoarele și clinicile moderne de fiziologie.

Înregistrarea potențialelor electrice ale mușchiului inimii (electrocardiografie) a permis fiziologilor și clinicienilor nu numai să înțeleagă și să studieze profund fenomenele electrice din inimă, ci și să le aplice în practică pentru a evalua activitatea inimii, detectarea precoce a tulburărilor sale în inimă. boli și monitorizarea eficacității tratamentului.

Înregistrarea potențialelor electrice ale mușchilor scheletici (electromiografia) a permis fiziologilor să studieze multe aspecte ale mecanismelor de excitare și contracție a mușchilor. În special, electromiografia mușchilor masticatori îi ajută pe stomatologi să evalueze în mod obiectiv starea funcției lor la o persoană sănătoasă și la o serie de boli neuromusculare.

Aplicarea influențelor (stimuli) externe electrice sau electromagnetice de forță și durată moderată asupra țesutului nervos și muscular nu provoacă leziuni structurilor studiate. Acest lucru le permite să fie utilizate cu succes nu numai pentru evaluarea răspunsurilor fiziologice la influențe, ci și pentru tratament (stimularea electrică a mușchilor și nervilor, stimularea magnetică transcraniană a creierului).

Bazat pe realizările fizicii, chimiei, microelectronicii, ciberneticii la sfârșitul secolului al XX-lea. au fost create condiţii pentru perfecţionarea calitativă a metodelor de cercetare fiziologică şi medicală. Printre aceste metode moderne, care au făcut posibilă pătrunderea și mai adânc în esența proceselor fiziologice ale unui organism viu, evaluarea stării funcțiilor sale și identificarea modificărilor acestora în stadiile incipiente ale bolilor, se remarcă metodele de cercetare prin vizualizare. Aceasta include sondarea cu ultrasunete a inimii și a altor organe, tomografia computerizată cu raze X, vizualizarea distribuției izotopilor de scurtă durată în țesuturi, rezonanța magnetică, emisia de pozitroni și alte tipuri de tomografie.

Pentru utilizarea cu succes a metodelor fiziologice în medicină au fost formulate cerințe internaționale care trebuiau îndeplinite la dezvoltarea și introducerea în practică a metodelor de cercetare fiziologică. Dintre aceste cerințe, cele mai importante sunt:

• siguranța studiului, absența traumei și deteriorarea obiectului studiat;
• sensibilitate ridicată, viteza senzorilor și dispozitivelor de înregistrare, posibilitatea înregistrării sincrone a mai multor indicatori ai funcțiilor fiziologice;
• posibilitatea înregistrării pe termen lung a indicatorilor studiaţi. Acest lucru face posibilă identificarea naturii ciclice a proceselor fiziologice, determinarea parametrilor ritmurilor circadiene (circadiene) și identificarea prezenței tulburărilor paroxistice (episodice) ale proceselor;
• respectarea standardelor internaționale;
• dimensiunile mici și greutatea dispozitivelor fac posibilă efectuarea de cercetări nu numai în spital, ci și acasă, în timp ce lucrați sau faceți sport;
• utilizarea tehnologiei informatice și a realizărilor ciberneticii pentru înregistrarea și analiza datelor obținute, precum și pentru modelarea proceselor fiziologice. Când se utilizează tehnologia computerizată, timpul petrecut cu înregistrarea datelor și procesarea matematică este redus drastic și devine posibilă extragerea mai multor informații din semnalele primite.

Cu toate acestea, în ciuda numeroaselor avantaje ale metodelor moderne de cercetare fiziologică, corectitudinea determinării indicatorilor funcțiilor fiziologice depinde în mare măsură de calitatea educației personalului medical, de cunoașterea esenței proceselor fiziologice, a caracteristicilor senzorilor și a principiilor de funcționare ale dispozitivele utilizate, capacitatea de a lucra cu un pacient, de a-i oferi instrucțiuni, de a monitoriza progresul implementării acestora și de a corecta acțiunile pacientului.

Rezultatele măsurătorilor unice sau ale observațiilor dinamice efectuate de diferiți profesioniști medicali asupra aceluiași pacient nu coincid întotdeauna. Prin urmare, rămâne problema creșterii fiabilității procedurilor de diagnosticare și a calității cercetării.

Calitatea studiului este caracterizată de acuratețea, corectitudinea, convergența și reproductibilitatea măsurătorilor.

Caracteristica cantitativă a unui indicator fiziologic determinată în timpul studiului depinde atât de valoarea reală a parametrului acestui indicator, cât și de o serie de erori introduse de aparat și personalul medical. Aceste erori sunt numite variabilitate analitică. De obicei, este necesar ca variabilitatea analitică să nu depășească 10% din valoarea măsurată. Întrucât adevărata valoare a indicatorului pentru aceeași persoană se poate modifica din cauza ritmurilor biologice, condițiilor meteorologice și a altor factori, termenul în cadrul variaţiilor individuale. Se numește diferența în același indicator între diferite persoane variatii interindividuale. Se numește totalitatea erorilor și fluctuațiilor unui parametru variabilitate totală.

Test de funcționare

Un rol important în obținerea de informații despre starea și gradul de afectare a funcțiilor fiziologice revine așa-numitelor teste funcționale. În locul termenului „test funcțional”, „test” este adesea folosit. Efectuarea de teste functionale - testare. Cu toate acestea, în practica clinică, termenul „test” este folosit mai des și într-un sens puțin mai extins decât „test funcțional”.

Test de funcționare presupune studiul indicatorilor fiziologici in dinamica, inainte si dupa efectuarea anumitor influente asupra organismului sau actiuni voluntare ale subiectului. Cele mai frecvent utilizate sunt testele funcționale cu activitate fizică dozată. De asemenea, se efectuează teste de intrare, care relevă modificări ale poziției corpului în spațiu, încordare, modificări ale compoziției gazoase a aerului inhalat, administrarea de medicamente, încălzirea, răcirea, consumul unei anumite doze de soluție alcalină și mulți alți indicatori.

Cele mai importante cerințe pentru testele funcționale includ fiabilitatea și validitatea.

Fiabilitate - capacitatea de a efectua testul cu o precizie satisfăcătoare de către un specialist semicalificat. Fiabilitatea ridicată este inerentă testelor destul de simple, a căror performanță este puțin influențată de mediu. Cele mai fiabile teste care reflectă starea sau cantitatea de rezerve ale funcției fiziologice recunosc standard de referință sau referenţială.

Concept valabilitate reflectă adecvarea unui test sau a unei metode pentru scopul propus. Dacă se introduce un nou test, validitatea acestuia este evaluată prin compararea rezultatelor obținute cu ajutorul acestui test cu rezultatele unor teste de referință recunoscute anterior. Dacă testul nou introdus vă permite să găsiți răspunsurile corecte la întrebările puse în timpul testării într-un număr mai mare de cazuri, atunci acest test are o valabilitate ridicată.

Utilizarea testelor funcționale crește dramatic capacitățile de diagnosticare numai dacă aceste teste sunt efectuate corect. Selecția, implementarea și interpretarea adecvată a acestora necesită ca lucrătorii medicali să aibă cunoștințe teoretice extinse și experiență suficientă în efectuarea lucrărilor practice.

Metode de cercetare fiziologică

Observația ca metodă de cercetare fiziologică. Dezvoltarea relativ lentă a fiziologiei experimentale de-a lungul celor două secole după lucrările lui V. Harvey se explică prin nivelul scăzut de producție și dezvoltare a științelor naturale, precum și imperfecțiunea studiului fenomenelor fiziologice prin observarea lor obișnuită. Această tehnică metodologică a fost și rămâne cauza a numeroase erori, deoarece experimentatorul trebuie să efectueze experimente, să vadă și să-și amintească multe procese și fenomene complexe, ceea ce este o sarcină dificilă. Dificultățile create de metoda de observare simplă a fenomenelor fiziologice sunt evidențiate în mod elocvent de cuvintele lui Harvey: „Viteza mișcării cardiace nu face posibilă distingerea modului în care apar sistola și diastola și, prin urmare, este imposibil de știut în ce moment. și în care se produc expansiunea și contracția părții. Într-adevăr, nu puteam deosebi sistola de diastola, deoarece la multe animale inima apare și dispare cât ai clipi, cu viteza fulgerului, așa că mi s-a părut că odată a fost sistolă și aici a fost diastola, și alta. vremea era invers. Există diferență și confuzie în toate.”

Într-adevăr, procesele fiziologice sunt fenomene dinamice. Ele se dezvoltă și se schimbă în mod constant, astfel încât este posibil să observați direct doar 1-2 sau, în cel mai bun caz, 2-3 procese. Totuși, pentru a le analiza, este necesar să se stabilească o legătură între aceste fenomene și alte procese care trec neobservate cu această metodă de cercetare. Ca urmare, simpla observare a proceselor fiziologice ca metodă de cercetare este o sursă de erori subiective. De obicei, observația ne permite să stabilim doar latura calitativă a fenomenelor și face imposibilă studierea lor cantitativ.

O etapă importantă în dezvoltarea fiziologiei experimentale a fost inventarea kimografului și introducerea metodei de înregistrare grafică a tensiunii arteriale de către omul de știință german Karl Ludwig în 1847.

Înregistrarea grafică a proceselor fiziologice. Metoda de înregistrare grafică a marcat o nouă etapă în fiziologie. A făcut posibilă realizarea unei înregistrări obiective a procesului studiat, minimizând posibilitatea unor erori subiective. În acest caz, experimentarea și analiza fenomenului studiat ar putea fi realizată în două etape. În timpul experimentului în sine, sarcina experimentatorului a fost să obțină înregistrări de înaltă calitate - curbe - kilograme. Analiza datelor obținute putea fi efectuată ulterior, când atenția experimentatorului nu a mai fost distrasă de experiment. Metoda de înregistrare grafică a făcut posibilă înregistrarea simultană (sincronă) nu a unuia, ci a mai multor procese fiziologice.

La scurt timp după inventarea metodei de înregistrare a tensiunii arteriale, au fost propuse metode de înregistrare a contracției inimii și a mușchilor (Engelman), a fost introdusă tehnica de transmitere a aerului (capsula lui Marey), care a făcut posibilă înregistrarea, uneori la un distanță considerabilă de obiect, o serie de procese fiziologice din organism: mișcări respiratorii ale toracelui și abdomenului, peristaltism și modificări ale tonusului stomacului, intestinelor etc. S-a propus o metodă de înregistrare a modificărilor tonusului vascular (pletismografie Mosso). ), volumul diferitelor organe interne - oncomometrie etc.

Cercetarea fenomenelor bioelectrice. O direcție extrem de importantă în dezvoltarea fiziologiei a fost marcată de descoperirea „electricității animale”. L. Galvani a arătat că țesuturile vii sunt o sursă de potențiale electrice care pot acționa asupra nervilor și mușchilor altui organism și pot provoca contracția musculară. De atunci, timp de aproape un secol, singurul indicator al potențialelor generate de țesuturile vii (potențiale bioelectrice) a fost un preparat neuromuscular de broască. El a ajutat la descoperirea potențialelor generate de inimă în timpul activității sale (experiența lui Kölliker și Müller), precum și nevoia de generare continuă a potențialelor electrice pentru contracția constantă a mușchilor (experiența „tetanosului secundar” de Matteucci). A devenit clar că potențialele bioelectrice nu sunt fenomene aleatorii (laterale) în activitatea țesuturilor vii, ci semnale cu ajutorul cărora „comenzile” sunt transmise în organism către sistemul nervos și din acesta către mușchi și alte organe. Astfel, țesuturile vii interacționează folosind o „limbă electrică”.

A fost posibil să înțelegem acest „limbaj” mult mai târziu, după inventarea dispozitivelor fizice care captau potențiale bioelectrice. Unul dintre primele astfel de dispozitive a fost un simplu telefon. Remarcabilul fiziolog rus N. E. Vvedensky, folosind un telefon, a descoperit o serie dintre cele mai importante proprietăți fiziologice ale nervilor și mușchilor. Cu ajutorul telefonului a fost posibil să se asculte potențialele bioelectrice, adică să le studieze prin observație. Un pas semnificativ înainte a fost inventarea unei tehnici de înregistrare grafică obiectivă a fenomenelor bioelectrice. Fiziologul olandez Einthoven a inventat un galvanometru cu corzi - un dispozitiv care a făcut posibilă înregistrarea pe film fotografic a potențialelor electrice apărute în timpul activității inimii - o electrocardiogramă (ECG). În țara noastră, pionierul acestei metode a fost cel mai mare fiziolog, student al lui I.M. Sechenov și I.P. Pavlov, A.F. Samoilov, care a lucrat ceva timp în laboratorul lui Einthoven din Leiden.

Electrocardiografia din laboratoarele fiziologice s-a mutat foarte curând în clinică ca metodă perfectă pentru studiul stării inimii și multe milioane de pacienți de astăzi își datorează viața acestei metode.

Progresele ulterioare în electronică au făcut posibilă crearea de electrocardiografii compacte și metode de monitorizare telemetrică, făcând posibilă înregistrarea ECG și a altor procese fiziologice la astronauții aflați pe orbită joasă a Pământului, la sportivi în timpul competițiilor și la pacienții din zone îndepărtate, de unde sunt transmise informații. prin cabluri telefonice către mari instituții specializate pentru o analiză cuprinzătoare.

Înregistrarea grafică obiectivă a potențialelor bioelectrice a servit drept bază pentru cea mai importantă ramură a științei noastre - electrofiziologia. Un pas major înainte a fost propunerea fiziologului englez Adrian de a folosi amplificatoare electronice pentru înregistrarea fenomenelor bioelectrice. V. Ya. Danilevsky și V. V. Pravdich-Neminsky au fost primii care au înregistrat biocurenți în creier. Această metodă a fost ulterior îmbunătățită de omul de știință german Berger. În prezent, electroencefalografia este utilizată pe scară largă în clinică, precum și înregistrarea grafică a potențialelor electrice ale mușchilor (electromiografie), nervi și alte țesuturi și organe excitabile. Acest lucru a făcut posibilă efectuarea unei evaluări subtile a stării funcționale a organelor și sistemelor. Pentru dezvoltarea fiziologiei, aceste metode au avut și o mare importanță: au făcut posibilă descifrarea mecanismelor de activitate ale sistemului nervos și ale altor organe și țesuturi, mecanismele de reglare a proceselor fiziologice.

O piatră de hotar importantă în dezvoltarea electrofiziologiei a fost inventarea microelectrodilor, adică a celor mai subțiri electrozi al căror diametru de vârf este egal cu fracțiuni de micron. Folosind micromanipulatoare, acești electrozi pot fi introduși direct în celulă, iar potențialele bioelectrice pot fi înregistrate intracelular. Tehnologia microelectrodului a făcut posibilă descifrarea mecanismelor de generare a biopotenţialelor - procese care au loc în membranele celulare. Membranele sunt cele mai importante formațiuni, deoarece prin ele se desfășoară procesele de interacțiune a celulelor din corp și elementele individuale ale celulei între ele. Știința funcțiilor membranelor biologice - membranologia - a devenit o ramură importantă a fiziologiei.

Metode de stimulare electrică a organelor și țesuturilor. O etapă semnificativă în dezvoltarea fiziologiei a fost introducerea metodei de stimulare electrică a organelor și țesuturilor. Organele și țesuturile vii sunt capabile să răspundă la orice influență: termică, mecanică, chimică etc. Stimularea electrică prin natura sa este apropiată de „limbajul natural” cu ajutorul căruia sistemele vii schimbă informații. Fondatorul acestei metode a fost fiziologul german Dubois-Reymond, care și-a propus faimosul „aparat de sanie” (bobină de inducție) pentru stimularea electrică dozată a țesuturilor vii.

În prezent, pentru aceasta se folosesc stimulatoare electronice, făcând posibilă obținerea de impulsuri electrice de orice formă, frecvență și putere. Stimularea electrică a devenit o metodă importantă pentru studiul funcțiilor organelor și țesuturilor. Această metodă este utilizată pe scară largă în clinică. Au fost dezvoltate modele de diverse stimulatoare electronice care pot fi implantate în organism. Stimularea electrică a inimii a devenit o modalitate fiabilă de a restabili ritmul și funcțiile normale ale acestui organ vital și a readus la muncă sute de mii de oameni. Stimularea electrică a mușchilor scheletici a fost folosită cu succes, iar metodele de stimulare electrică a zonelor creierului cu ajutorul electrozilor implantați sunt în curs de dezvoltare. Acestea din urmă, folosind dispozitive stereotactice speciale, sunt introduse în centrii nervoși strict definiți (cu o precizie de fracțiuni de milimetru). Această metodă, transferată de la fiziologie la clinică, a făcut posibilă vindecarea a mii de pacienți neurologici și obținerea unei cantități mari de date importante despre mecanismele creierului uman (N. P. Bekhtereva).

Pe lângă înregistrarea potențialelor electrice, a temperaturii, presiunii, a mișcărilor mecanice și a altor procese fizice, precum și a rezultatelor efectelor acestor procese asupra organismului, metodele chimice sunt utilizate pe scară largă în fiziologie.

Metode de cercetare chimică în fiziologie. „Limbajul” semnalelor electrice nu este singurul din organism. Interacțiunea chimică a proceselor vitale (lanțuri de procese chimice care apar în țesuturile vii) este de asemenea frecventă. Prin urmare, a apărut un domeniu al chimiei care studiază aceste procese – chimia fiziologică. Astăzi s-a transformat într-o știință independentă - chimia biologică, dezvăluind mecanismele moleculare ale proceselor fiziologice. În experimente, fiziologii folosesc pe scară largă metode care au apărut la intersecția chimiei, fizicii și biologiei, care, la rândul lor, au dat naștere la noi ramuri ale științei, de exemplu, fizica biologică, care studiază latura fizică a fenomenelor fiziologice.

Fiziologul folosește pe scară largă metodele cu radionuclizi. Cercetarea fiziologică modernă folosește și alte metode împrumutate din științele exacte. Ele oferă informații cu adevărat neprețuite în analiza cantitativă a mecanismelor proceselor fiziologice.

Înregistrarea electrică a mărimilor neelectrice. Astăzi, progrese semnificative în fiziologie sunt asociate cu utilizarea tehnologiei radio-electronice. Se folosesc senzori - convertoare ale diferitelor fenomene și cantități neelectrice (mișcare, presiune, temperatură, concentrație de diverse substanțe, ioni etc.) în potențiale electrice, care sunt apoi amplificate de amplificatoare electronice și înregistrate de osciloscoape. Au fost dezvoltate un număr mare de tipuri diferite de astfel de dispozitive de înregistrare care fac posibilă înregistrarea multor procese fiziologice pe un osciloscop și introducerea informațiilor primite într-un computer. O serie de dispozitive folosesc efecte suplimentare asupra corpului (unde cu ultrasunete sau electromagnetice etc.). În astfel de cazuri, se înregistrează valorile parametrilor acestor efecte care modifică anumite funcții fiziologice. Avantajul unor astfel de dispozitive este că traductorul-senzor poate fi montat nu pe organul studiat, ci pe suprafața corpului. Undele emise de aparat pătrund în corp, iar după ce sunt reflectate de organul examinat, sunt înregistrate de senzor. Acest principiu este folosit, de exemplu, pentru a construi debitmetre cu ultrasunete care determină viteza fluxului sanguin în vase; reografiile și reopletismografele înregistrează modificări ale rezistenței electrice a țesuturilor, care depinde de alimentarea cu sânge a diferitelor organe și părți ale corpului. Avantajul unor astfel de metode este capacitatea de a studia organismul în orice moment, fără operații preliminare. În plus, astfel de cercetări nu dăunează oamenilor. Cele mai multe metode moderne de cercetare fiziologică din clinică se bazează pe aceste principii. În Rusia, inițiatorul utilizării tehnologiei radio-electronice pentru cercetarea fiziologică a fost academicianul V.V. Parin.

Metoda experimentală acută. Progresul științei este determinat nu numai de dezvoltarea științei experimentale și a metodelor de cercetare. Depinde foarte mult de evoluția gândirii fiziologilor, de dezvoltarea abordărilor metodologice și metodologice ale studiului fenomenelor fiziologice. De la începutul până în anii 80 ai secolului trecut, fiziologia a rămas o știință analitică. Ea a împărțit corpul în organe și sisteme separate și a studiat activitatea lor în mod izolat. Principala tehnică metodologică a fiziologiei analitice au fost experimentele pe organe izolate. Mai mult, pentru a avea acces la orice organ sau sistem intern, fiziologul trebuia să se angajeze în vivisecție (secțiune în direct). Astfel de experimente sunt numite și experimente acute.

Animalul de experiment a fost legat de o mașină și a fost efectuată o operație complexă și dureroasă. A fost o muncă grea, dar știința nu știa nicio altă cale de a pătrunde adânc în corp. Nu este doar partea morală a problemei. Tortura crudă și suferința insuportabilă la care a fost supus animalul au perturbat grav cursul normal al fenomenelor fiziologice și nu au făcut posibilă înțelegerea esenței proceselor care au loc în organism în condiții naturale, în mod normal. Utilizarea anesteziei și a altor metode de ameliorare a durerii nu a ajutat în mod semnificativ. Fixarea animalului, expunerea la substanțe narcotice, intervenții chirurgicale, pierderi de sânge - toate acestea s-au schimbat complet și au perturbat funcționarea normală a organismului. S-a format un cerc vicios. Pentru a studia un anumit proces sau funcție a unui organ sau sistem, a fost necesar să pătrundem adânc în corp, iar încercarea însăși a unei astfel de pătrunderi a perturbat cursul normal al proceselor fiziologice, pentru studiul cărora a fost întreprins experimentul. În plus, studiul organelor izolate nu a oferit o idee despre adevărata lor funcție în condițiile unui organism complet, nedeteriorat.

Metoda experimentului cronic. Cel mai mare merit al științei ruse din istoria fiziologiei a fost că unul dintre cei mai talentați și mai străluciți reprezentanți ai săi, I.P. Pavlov, a reușit să găsească o cale de ieșire din acest impas. I. P. Pavlov era dureros de conștient de neajunsurile fiziologiei analitice și ale experimentelor acute. A găsit o modalitate de a privi adânc în corp fără a-i încălca integritatea. Aceasta a fost o metodă de experimentare cronică efectuată pe baza „chirurgiei fiziologice”.

Pe un animal anesteziat în condiții sterile, s-a efectuat mai întâi o operație complexă pentru a permite accesul la unul sau altul organ intern, s-a făcut o „fereastră” în organul gol, s-a implantat un tub de fistulă sau s-a scos canalul glandular și s-a suturat la pielea. Experimentul în sine a început multe zile mai târziu, când rana s-a vindecat, animalul și-a revenit și, în ceea ce privește natura proceselor fiziologice, practic nu a fost diferit de unul normal, sănătos. Datorită fistulei aplicate, a fost posibil să se studieze timp îndelungat cursul anumitor procese fiziologice în condiții comportamentale naturale.

Fiziologia este o știință care studiază mecanismele de funcționare a corpului în relația sa cu mediul (aceasta este știința activității de viață a organismului), fiziologia este o știință experimentală, iar principalele metode ale științei fiziologice sunt metodele experimentale. Cu toate acestea, fiziologia ca știință și-a luat naștere în știința medicală chiar înainte de epoca noastră în Grecia Antică în școala lui Hipocrate, când principala metodă de cercetare era metoda observației. Fiziologia a apărut ca știință independentă în secolul al XV-lea datorită cercetărilor lui Harvey și a unui număr de alți oameni de știință a naturii și, începând de la sfârșitul secolului al XV-lea și începutul secolului al XVI-lea, principala metodă în domeniul fiziologiei a fost metoda experimentală. ÎN. Sechenov și I.P. Pavlov a avut o contribuție semnificativă la dezvoltarea metodologiei în domeniul fiziologiei, în special în dezvoltarea unui experiment cronic.

Literatură:

1. Fiziologia umană. Kositsky

2. Korbkov. Fiziologie normală.

3. Zimkin. Fiziologia umană.

4. Fiziologia umană, ed. Pokrovsky V.N., 1998

5. Fiziologia VNB. Kogan.

6. Fiziologia oamenilor și animalelor. Kogan. 2 t.

7. Ed. Tkachenko P.I. Fiziologia umană. 3 t.

8. Ed. Nozdrocheva. Fiziologie. Curs general. 2 t.

9. Ed. Kuraeva. 3 volume.Man tradus? fiziologie umană.

Metoda de observare- cea mai veche, isi are originea in Dr. Grecia, a fost bine dezvoltată în Egipt, pe dr. Est, în Tibet, în China. Esența acestei metode este observarea pe termen lung a schimbărilor în funcțiile și condițiile corpului, înregistrarea acestor observații și, dacă este posibil, compararea observațiilor vizuale cu modificările corpului după autopsie. În Egipt, în timpul mumificării, cadavrele au fost deschise, observațiile preotului asupra pacientului: modificări ale pielii, adâncimea și frecvența respirației, natura și intensitatea scurgerii din nas, cavitatea bucală, precum și volumul și culoarea urinei. , transparența sa, cantitatea și natura fecalelor excretate, culoarea, frecvența pulsului și alți indicatori, care au fost comparați cu modificările organelor interne, au fost înregistrate pe papirus. Astfel, deja prin schimbarea fecalelor, urinei, sputei etc secretate de organism. a fost posibil să se judece disfuncția unui anumit organ, de exemplu, dacă scaunul este alb, este posibil să se presupună o disfuncție a ficatului; dacă scaunul este negru sau întunecat, atunci este posibil să se presupună sângerare gastrică sau intestinală . Criteriile suplimentare au inclus modificări ale culorii și turgenței pielii, umflarea pielii, caracterul acesteia, culoarea sclerei, transpirație, tremur etc.

Hipocrate a inclus natura comportamentului printre semnele observabile. Datorită observațiilor sale atente, a formulat o doctrină a temperamentului, conform căreia întreaga umanitate este împărțită în 4 tipuri după caracteristicile comportamentale: coleric, sanguin, flegmatic, melancolic, dar Hipocrate a greșit în baza fiziologică a tipurilor. Ei au bazat fiecare tip pe raportul dintre principalele fluide ale corpului: sangvi - sânge, flegmă - lichid tisular, colee - bilă, melancholea - bilă neagră. Baza teoretică științifică pentru temperamente a fost dată de Pavlov ca urmare a unor studii experimentale pe termen lung și s-a dovedit că baza temperamentului nu este raportul dintre fluide, ci raportul dintre procesele nervoase de excitare și inhibiție, gradul lor. severitatea și predominanța unui proces asupra altuia, precum și rata de înlocuire a unui proces cu altele.

Metoda observației este utilizată pe scară largă în fiziologie (în special în psihofiziologie) iar în prezent metoda observației este combinată cu metoda experimentului cronic.

Metoda experimentala. Un experiment fiziologic, spre deosebire de simpla observație, este o intervenție direcționată în funcționarea curentă a organismului, menită să clarifice natura și proprietățile funcțiilor sale, relațiile acestora cu alte funcții și cu factorii de mediu. De asemenea, intervenția necesită adesea pregătirea chirurgicală a animalului, care poate avea: 1) forme acute (vivisecție, din cuvântul vivo - viu, sekcia - sec, adică tăierea celor vii), 2) forme cronice (experimental-chirurgicale).

În acest sens, experimentul este împărțit în 2 tipuri: acută (vivisecție) și cronică. Un experiment fiziologic vă permite să răspundeți la întrebări: ce se întâmplă în organism și cum se întâmplă.

Vivisecția este o formă de experimentare efectuată pe un animal imobilizat. Vivisecția a fost folosită pentru prima dată în Evul Mediu, dar a început să fie introdusă pe scară largă în știința fiziologică în timpul Renașterii (secolele XV-XVII). Anestezia era necunoscută în acel moment și animalul a fost fixat rigid de 4 membre, în timp ce a suferit torturi și a scos țipete sfâșietoare. Experimentele au fost efectuate în camere speciale, pe care oamenii le-au numit „diavol”. Acesta a fost motivul apariției grupurilor și mișcărilor filozofice. Animalism (tendințe care promovează tratamentul uman al animalelor și pledează pentru încetarea cruzimii față de animale; în prezent se promovează animalismul), vitalism (a susținut că nu au fost efectuate experimente pe animale neanesteziate și pe voluntari), mecanism (procesele identificate care au loc corect în animale cu procese în natură neînsuflețită, un reprezentant proeminent al mecanismului a fost fizicianul, mecanicul și fiziologul francez Rene Descartes), antropocentrismul.

Începând cu secolul al XIX-lea, anestezia a început să fie folosită în experimente acute. Acest lucru a condus la o întrerupere a proceselor de reglare din partea proceselor superioare ale sistemului nervos central, ca urmare a faptului că integritatea răspunsului organismului și conexiunea acestuia cu mediul extern este perturbată. Această utilizare a anesteziei și a persecuției chirurgicale în timpul vivisecției introduce parametrii necontrolați într-un experiment acut care sunt greu de luat în considerare și de prezis. Un experiment acut, ca orice metodă experimentală, are avantajele sale: 1) vivisecția este una dintre metodele analitice, face posibilă simularea diferitelor situații, 2) vivisecția face posibilă obținerea rezultatelor într-un timp relativ scurt; și dezavantaje: 1) într-un experiment acut, conștiința este oprită atunci când se folosește anestezie și, în consecință, integritatea răspunsului organismului este perturbată, 2) conexiunea corpului cu mediul este întreruptă atunci când se folosește anestezie, 3) în absența anesteziei are loc o eliberare de hormoni de stres și hormoni endogeni (produși) care sunt inadecvați stării fiziologice normale.în interiorul corpului) substanțe asemănătoare morfinei endorfine, care au efect analgezic.

Toate acestea au contribuit la dezvoltarea unui experiment cronic - observație pe termen lung după intervenție acută și restabilirea relațiilor cu mediul. Avantajele unui experiment cronic: organismul este cât mai aproape de condițiile de existență intensivă. Unii fiziologi consideră dezavantajele unui experiment cronic ca fiind că rezultatele sunt obținute pe o perioadă relativ lungă de timp.

Experimentul cronic a fost dezvoltat pentru prima dată de fiziologul rus I.P. Pavlov și, de la sfârșitul secolului al XVIII-lea, a fost utilizat pe scară largă în cercetarea fiziologică. Într-un experiment cronic, sunt utilizate o serie de tehnici și abordări metodologice.

Metoda dezvoltată de Pavlov este o metodă de aplicare a fistulelor pe organe goale și organe care au canale excretoare. Fondatorul metodei fistulei a fost Basov, cu toate acestea, atunci când a aplicat o fistulă folosind metoda sa, conținutul stomacului a intrat în eprubetă împreună cu sucurile digestive, ceea ce a făcut dificilă studiul compoziției sucului gastric, etapele digestiei, viteza procesului de digestie si calitatea sucului gastric separat pentru diferite compozitii alimentare.

Fistulele pot fi plasate pe stomac, canalele glandelor salivare, intestine, esofag etc. Diferența dintre fistula lui Pavlov și cea a lui Basov este că Pavlov a plasat fistula pe un „ventricul mic”, realizat artificial prin intervenție chirurgicală și păstrând reglarea digestivă și umorală. Acest lucru i-a permis lui Pavlov să identifice nu numai compoziția calitativă și cantitativă a sucului gastric pentru alimentele luate, ci și mecanismele de reglare nervoasă și umorală a digestiei în stomac. În plus, acest lucru i-a permis lui Pavlov să identifice 3 etape de digestie:

1) reflex condiționat - cu el se eliberează suc gastric apetisant sau „incendiar”;

2) faza reflexă necondiționată - sucul gastric este eliberat pe alimentele primite, indiferent de compoziția sa calitativă, deoarece în stomac există nu numai chemoreceptori, ci și non-chemoreceptori care răspund la volumul alimentelor,

3) faza intestinală - după ce alimentele intră în intestine, digestia se intensifică.

Pentru munca sa în domeniul digestiei, Pavlov a fost distins cu Premiul Nobel.

Anastenoze neurovasculare sau neuromusculare eterogene. Aceasta este o modificare a organului efector în reglarea nervoasă determinată genetic a funcțiilor. Efectuarea unor astfel de anastenoze face posibilă identificarea absenței sau prezenței plasticității neuronilor sau a centrilor nervoși în reglarea funcțiilor, adică. nervul sciatic cu restul coloanei vertebrale poate controla mușchii respiratori.

În anastenozele neurovasculare, organele efectoare sunt vasele de sânge și, respectiv, chimio- și baroreceptorii localizați în ele. Anastenozele pot fi efectuate nu numai pe un animal, ci și pe diferite animale. De exemplu, dacă efectuați anastenoză neurovasculară la doi câini pe zona carotidă (ramificarea arcului arterei carotide), atunci puteți identifica rolul diferitelor părți ale sistemului nervos central în reglarea respirației, hematopoiezei și vasculare. ton. În acest caz, modul de aer inhalat este schimbat la câinele de jos, iar reglarea se vede în celălalt.

Transplantul diferitelor organe. Replantarea și îndepărtarea organelor sau a diferitelor părți ale creierului (extirpare). Ca urmare a prelevării unui organ, se creează hipofuncția uneia sau alteia glande; ca urmare a replantării, se creează o situație de hiperfuncție sau exces de hormoni ai uneia sau alteia glande.

Extirparea diferitelor părți ale creierului și cortexului dezvăluie funcțiile acestor părți. De exemplu, atunci când cerebelul a fost îndepărtat, a fost dezvăluit rolul său în reglarea mișcării, menținerea posturii și a reflexelor statokinetice.

Îndepărtarea diferitelor zone ale cortexului cerebral i-a permis lui Brodman să cartografiaze creierul. El a împărțit cortexul în 52 de câmpuri în funcție de zonele funcționale.

Metoda de secție a creierului măduvei spinării. Ne permite să identificăm semnificația funcțională a fiecărui departament al sistemului nervos central în reglarea funcțiilor somatice și viscerale ale corpului, precum și în reglarea comportamentului.

Implantarea de electroni în diferite părți ale creierului. Vă permite să identificați activitatea și semnificația funcțională a unei anumite structuri nervoase în reglarea funcțiilor corpului (funcții motorii, funcții viscerale și mentale). Electrozii implantați în creier sunt fabricați din materiale inerte (adică trebuie să fie îmbătători): platină, argint, paladiu. Electrozii fac posibilă nu numai identificarea funcției unei anumite zone, ci și, dimpotrivă, înregistrarea în ce parte a creierului apariția unui potențial (VT) ca răspuns la anumite funcții funcționale. Tehnologia microelectrodului oferă unei persoane posibilitatea de a studia fundamentele fiziologice ale psihicului și comportamentului.

Implantarea de canule (micro). Perfuzia este trecerea unor soluții de diferite compoziții chimice prin componenta noastră sau prezența metaboliților în aceasta (glucoză, PVA, acid lactic) sau conținutul de substanțe biologic active (hormoni, neurohormoni, endorfine, encefamine etc.). Canula vă permite să injectați soluții cu conținut diferit într-una sau alta zonă a creierului și să observați modificări ale activității funcționale din sistemul motor, organele interne sau comportamentul și activitatea psihologică.

Tehnologia microelectrodului și conularea sunt utilizate nu numai la animale, ci și la oameni în timpul intervențiilor chirurgicale pe creier. În cele mai multe cazuri, acest lucru se face în scopuri de diagnostic.

Introducerea atomilor marcați și observarea ulterioară pe un tomograf cu emisie de pozitroni (PET). Cel mai adesea, se administrează auro-glucoză marcată cu aur (aur + glucoză). Conform expresiei figurative a lui Greene, donatorul de energie universal în toate sistemele vii este ATP, iar în timpul sintezei și resintezei ATP, principalul substrat energetic este glucoza (resinteza ATP poate avea loc și din fosfatul de creatină). Prin urmare, cantitatea de glucoză consumată este utilizată pentru a judeca activitatea funcțională a unei anumite părți a creierului, activitatea sa sintetică.

Glucoza este consumată de celule, dar aurul nu este utilizat și se acumulează în această zonă. Activitatea sintetică și funcțională este judecată de aur activ diferit și cantitatea acestuia.

Metode stereotactice. Acestea sunt metode prin care se efectuează operații chirurgicale de implantare a electrozilor într-o anumită zonă a creierului în conformitate cu matlasul stereotaxic al creierului, urmate de înregistrarea biopotențialelor rapide și lente alocate, cu înregistrarea potențialelor evocate, precum și înregistrarea EEG și miogramei.

La stabilirea de noi scopuri și obiective, același animal poate fi folosit pentru o perioadă lungă de observație, schimbând aranjarea microelementelor sau perfuzând diferite zone ale creierului sau organelor cu diverse soluții care conțin nu numai substanțe biologic active, ci și metatoliți, energie. substraturi (glucoză, fosfat de creotină, ATP).

Metode biochimice. Acesta este un grup mare de tehnici cu ajutorul cărora se determină nivelul de cationi, anioni, elemente neionizate (macro și microelemente), substanțe energetice, enzime, substanțe biologic active (hormoni etc.) în fluidele circulante, țesuturi. , iar uneori organe. Aceste metode sunt aplicate fie in vivo (în incubatoare), fie în țesuturi care continuă să secrete și să sintetizeze substanțele produse în mediul de incubație.

Metodele biochimice fac posibilă evaluarea activității funcționale a unui anumit organ sau a unei părți a acestuia și, uneori, a unui întreg sistem de organe. De exemplu, nivelul 11-OCS poate fi folosit pentru a judeca activitatea funcțională a zonei fasciculate a cortexului suprarenal, dar nivelul 11-OCS poate fi folosit și pentru a judeca activitatea funcțională a sistemului hipotalamo-hipofizo-suprarenal. . În general, deoarece 11-OX este produsul final al părții periferice a cortexului suprarenal.

Metode de studiere a fiziologiei VNB. Munca mentală a creierului a rămas mult timp inaccesibilă științelor naturale în general și fiziologiei în special. În principal pentru că a fost judecată după sentimente și impresii, de exemplu. folosind metode subiective. Succesul în acest domeniu de cunoaștere a fost determinat atunci când activitatea mentală (MAP) a început să fie judecată folosind metoda obiectivă a reflexelor condiționate de complexitate variabilă a dezvoltării. La începutul secolului al XX-lea, Pavlov a dezvoltat și propus o metodă de dezvoltare a reflexelor condiționate. Pe baza acestei tehnici, sunt posibile metode suplimentare pentru studierea proprietăților VNI și localizarea proceselor VNI în creier. Dintre toate tehnicile, cele mai utilizate sunt următoarele:

Testarea posibilității de a forma diferite forme de reflexe condiționate (la înălțimea unui sunet, la o culoare etc.), care ne permite să judecăm condițiile percepției primare. Compararea acestor limite la animale de diferite specii face posibilă dezvăluirea în ce direcție a mers evoluția sistemelor senzoriale ale sistemului nervos intern.

Studiul ontogenetic al reflexelor condiționate. Când se studiază comportamentul complex al animalelor de diferite vârste, este posibil să se stabilească ce în acest comportament este înnăscut și ce este dobândit. De exemplu, Pavlov a luat căței din același așternut și i-a hrănit pe unii cu carne, iar pe alții cu lapte. La vârsta adultă, el a dezvoltat reflexe condiționate la ei și s-a dovedit că la acei câini care au primit lapte din copilărie, reflexele condiționate au fost dezvoltate pentru a mulge, iar la acei câini care au fost hrăniți cu carne din copilărie, reflexele condiționate au fost ușor dezvoltate la carne. . Astfel, câinii nu au o preferință strictă pentru tipul de hrană carnivoră, principalul lucru este că este completă.

Studiul filogenetic al reflexelor condiționate. Comparând proprietățile activității reflexe condiționate a animalelor la diferite niveluri de dezvoltare, se poate judeca în ce direcție se îndreaptă evoluția VNB. De exemplu, s-a dovedit că rata de formare a reflexelor condiționate variază brusc de la nevertebrate și vertebrate, se modifică relativ ușor de-a lungul întregii istorii a dezvoltării vertebratelor și atinge brusc capacitatea unei persoane de a asocia imediat evenimente coincidente (imprimare), imprimarea este de asemenea, caracteristică păsărilor de puiet (rățucile eclozate din ouă pot urmări orice obiect: un pui, o persoană și chiar o jucărie în mișcare. Tranzițiile dintre animalele nevertebrate - animale vertebrate, animale vertebrate - oameni au reflectat punctele de cotitură ale evoluției asociate cu apariția și dezvoltarea VND (la insecte sistemul nervos este de tip necelular, la celenterate - de tip reticular, la vertebrate - de tip tubular, la păsări apar ganglioni balistici, unii determină o dezvoltare ridicată a activității reflexe condiționate. La om, cortexul cerebral este bine dezvoltat, ceea ce provoacă curse.

Studiu ecologic al reflexelor condiționate. Potențialul de acțiune care apare în celulele nervoase implicate în formarea conexiunilor reflexe face posibilă identificarea principalelor legături ale reflexului condiționat.

Este deosebit de important ca indicatorii bioelectronici să permită observarea formării unui reflex condiționat în structurile creierului chiar înainte de a apărea în reflexele motorii sau autonome (viscerale) ale corpului. Stimularea directă a structurilor nervoase ale creierului face posibilă efectuarea de experimente model privind formarea conexiunilor nervoase între focarele artificiale de excitație. De asemenea, este posibil să se determine direct modul în care excitabilitatea structurilor neuronale implicate în aceasta se modifică în timpul unui reflex condiționat.

Acțiune farmacologică în formarea sau alterarea reflexelor condiționate. Prin introducerea anumitor substanțe în creier, este posibil să se determine ce efect au acestea asupra vitezei și puterii formării reflexelor condiționate, asupra capacității de a reface reflexul condiționat, ceea ce face posibilă judecarea mobilității funcționale a centralei. sistemul nervos, precum și asupra stării funcționale a neuronilor corticali și a performanței acestora. De exemplu, s-a constatat că cofeina asigură formarea reflexelor condiționate atunci când performanța celulelor nervoase este ridicată, iar când performanța lor este scăzută, chiar și o doză mică de cofeină face excitarea insuportabilă pentru celulele nervoase.

Crearea unei patologii experimentale a activității reflexe condiționate. De exemplu, îndepărtarea chirurgicală a lobilor temporali ai cortexului cerebral duce la surditate mentală. Metoda de extirpare relevă semnificația funcțională a zonelor cortexului, subcortexului și trunchiului cerebral. În același mod, se determină localizarea capetelor corticale ale analizoarelor.

Modelarea proceselor de activitate reflexă condiționată. Pavlov a implicat și matematicieni pentru a exprima printr-o formulă dependența cantitativă a formării unui reflex condiționat de frecvența întăririi acestuia. S-a dovedit că la majoritatea animalelor sănătoase, inclusiv la oameni, reflexul condiționat a fost dezvoltat la oamenii sănătoși după 5 întăriri cu un stimul necondiționat. Acest lucru este deosebit de important în creșterea câinilor de serviciu și în circ.

Compararea manifestărilor psihologice și fiziologice ale reflexului condiționat. Sprijină atenția voluntară, zborul, eficiența învățării.

Compararea manifestărilor psihologice și fiziologice cu bioelemente și morfologice cu biocinetice: producerea de proteine ​​de memorie (S-100) sau zone de substanțe biologic active în formarea reflexelor condiționate. S-a dovedit că dacă se introduce vasopresia, reflexele condiționate se dezvoltă mai rapid (vasopresia este un neuro-hormon produs în hipotalamus). Modificări morfologice în structura unui neuron: un neuron gol la naștere și cu denurite la un adult.

Lecția de laborator nr 1

Subiect: Metode de extirpare și replantare

Ţintă: Introducere în metodele de extirpare și replantare a glandelor paratiroide. Modelarea hipo- și hiperparatiroidismului.

Echipament: animale de laborator (5 șobolani), electrocoagulator, pensetă, foarfece, bisturiu, iod, ace pentru sutura pielii, material de sutură, masă de operație, eter pentru anestezie, pâlnie.

Progres

Lucrul 1. Modelarea deficitului de hormon paratiroidian la șobolani.

Deficitul de hormon paratiroidian este creat prin îndepărtarea ambelor glande paratiroide folosind un aparat electrochirurgical de înaltă frecvență EKh-30. Principiul de funcționare al dispozitivului este următorul: datorită curentului de înaltă frecvență, țesuturile sunt încălzite rapid și conținutul celulelor se evaporă. Aparatul funcționează în 2 moduri: „tăiere” și „coagulare”. Îndepărtarea glandelor are loc în modul de coagulare cu un electrod subțire d aproximativ egal cu dimensiunea glandei paratiroide. Pentru coagularea glandelor este suficient contactul timp de 1-1,5 s. În modul de tăiere, glandele pot fi extilate. Avantajele coagulării în comparație cu extilarea glandei paratiroide sunt că pierderile de sânge sunt eliminate și țesutul tiroidian nu este deteriorat. Perioada postoperatorie este de 2 săptămâni.

Lucrul 2. Modelarea excesului de hormoni paratiroidieni la șobolani.

Pentru a modela hiperparatiroidismul, a fost utilizată metoda transplantului PTG. Esența metodei este transplantul de șobolani primitori sub pielea gâtului a 3 perechi de glande paratiroide de la 3 șobolani donatori. Șobolanii donatori trebuie să aibă aproximativ aceeași greutate ca șobolanul primitor.

Pentru donatorii sub anestezie cu eter, se face o incizie cutanată în zona gâtului anterior, de 2-3 cm lungime, prin urmare mușchii sunt despărțiți în mod direct, făcând glanda paratiroidă accesibilă. În această stare, șobolanul donor este plasat sub o pâlnie în timp ce se continuă anestezia cu eter. Înainte de operație, animalul primitor a fost fixat pe spate pe masa chirurgicală, la fel ca la șobolanii donatori, s-a făcut o incizie cutanată de 2-3 cm lungime în zona densității anterioare a gâtului. Apoi? Cu un bisturiu, s-au făcut 6 incizii superficiale în țesutul subcutanat, care au servit ca un fel de celule pentru glanda paratiroidă transplantată. Apoi, glanda paratiroidă a fost tăiată rapid de la 3 șobolani donatori și plasată în incizii pregătite în șobolanul primitor. Incizia cutanată a primitorului a fost suturată cu mătase chirurgicală și tratată cu iod. În zilele următoare, plaga chirurgicală a fost inspectată. Vindecarea completă a rănii a fost observată după 7-8 zile. Glandele paratiroide transplantate prind bine rădăcini. Acest model de pierdere a paratha. hormonii vă permit să asigurați o creștere non-stop a acestuia în sânge datorită paratha naturală. hormon.

Misiunea pentru muncă independentă.

Observați starea animalelor operate până când rana este complet vindecată și sunt luate din nou în experiment.

După 2 săptămâni, se determină nivelul de calciu total la animalele operate, care indică indirect activitatea funcțională a glandei paratiroide și a celulelor c ale glandei tiroide, precum și nivelul de 11-OCS, care se modifică atât ca răspuns la efecte chirurgicale stresante și ca răspuns la disfuncția glandei paratiroide (mai precis la perturbarea homeostaziei calciului).

Lecția de laborator nr 2

Lucrul 1. Ooforectomie bilaterală.

Pentru a studia electrogenii în activitatea adaptativă a corpului, femelele de șobolan au fost supuse ovariectomiei bilaterale. Operația este efectuată în conformitate cu recomandările din manualul Bunok, 1968.

Animalele au fost anesteziate cu eter și fixate pe masa de operație în decubit dorsal. Blana de pe abdomen de la stern la zona pubiană a fost tăiată și pielea a fost tratată cu alcool. Folosind un bisturiu, cu atenție pentru a nu deteriora intestinele, s-a făcut o incizie longitudinală de 4-5 cm lungime de-a lungul liniei vătămătoare a abdomenului. După ce am găsit cornul drept sau stâng al uterului, explorând mai departe de-a lungul oviductului, găsim ovarul. Punem o ligatură pe partea superioară a oviductului și ligamentul care susține ovarul, după care o tăiem cu foarfecele. Al doilea ovar a fost îndepărtat în același mod. După aceasta, muşchii şi capătul au fost suturaţi şi sutura a fost tratată cu tinctură de iod 5%.

După operație, animalele au fost plasate într-o cușcă curată, iar rana a fost tratată zilnic cu dezinfectanți în primele 4-5 zile. Rana s-a vindecat în 8-10 zile.

Lucrul 1. Adrenalectomie unilaterală.

Pentru a modela deficitul de glucocorticoizi endogeni la animalele supuse AE (adrenalectomie).

Îndepărtarea chirurgicală a unei glande suprarenale a fost efectuată conform metodei prezentate în manual de Kabak Y.M. Operația a fost efectuată sub anestezie cu eter. Sobolanul a fost fixat pe masa de operatie in pozitie culcat. Părul din stânga coloanei a fost tăiat și câmpul chirurgical a fost tratat cu iod. Incizia pielii și a mușchilor a fost făcută la o distanță de 1 cm la stânga coloanei vertebrale, la 1,5 cm în jos de arcul costal. Apoi, mica incizie musculară a fost extinsă cu cârlige. Glanda suprarenală, împreună cu țesutul adipos din jur și cordonul de țesut conjunctiv, a fost prinsă cu penseta anatomică și îndepărtată. Plaga chirurgicală a fost suturată în straturi.

În perioada postoperatorie, fiecare plagă a fost tratată zilnic cu agenți antiseptici. Vindecarea a avut loc după 5-7 zile.

Concluzie: Ovario- și adrenalectomia au dus simultan la o scădere bruscă a capacităților de adaptare ale animalului din cauza dezechilibrului hormonal (hipofuncția glandelor suprarenale a dus la hipocartism și hipoestragenie) și moartea acestuia în a 9-a zi după operație.

Lecția de laborator nr 3

Subiect: Metode de administrare a produselor farmaceutice la animalele de laborator. Metode de testare.

Ţintă: Familiarizați-vă cu tehnicile metodologice și metodele de administrare a produselor farmaceutice și a diferitelor tipuri de încărcări orale și parenterale la animalele de laborator.

Echipament: seringi pentru administrare orala, intramusculara si perenteral, substante medicinale sau incarcare cu apa, 2 pâlnii cu capace, 2 tuburi pentru colectarea urinei (pașnice), 2 scutece, soluție de petuitrin (conține hormonul antidiuretic - vadopresin), soluție salină, apă distilată.

Progres

Lucrul 1. Influența apei și a încărcăturii hipersomatice asupra diurezei. Efectul hormonului antidiuretic asupra diurezei.

Cântăriți șobolanii și înregistrați greutatea corporală. Apoi dați șobolanilor o încărcătură de apă prin administrare orală. Pentru a face acest lucru, atârnați șobolanul „ușor” într-un trepied, înfășați-l și trageți apă caldă (37 ° C) într-o seringă conectată la o sondă la o rată de 5% din greutatea corporală. Ținând șobolanul vertical, introduceți sonda în gură și împingeți-o cu grijă în stomac până când se oprește, după care apa este storsă treptat din seringă. Apoi un șobolan este injectat cu petuitrină la o rată de 20 ml la 100 g greutate corporală. După aceasta, ambii șobolani sunt plasați în pâlnii și urina este colectată timp de 1 oră. Petuitrin se administrează intramuscular. În acest scop, capul șobolanului este apucat de scalp și ținut cu o mână în același timp, atât ciocanul, cât și coada șobolanului, încercând să se asigure că șobolanul atinge suprafața mesei cu toate cele 4 labe și dimensiunile acestuia corespund cu dimensiuni fiziologice. Cu mâna a doua, se face o injecție în coapsă (mușchi), în timp ce piciorul din spate este ținut împreună cu coada.

Concluzie: Fără petuitrină: 1,2 ml, cu petuitrină 0,7 ml, i.e. Petuitrin promovează retenția de apă în organism.

Mod de administrare parenterală. Se utilizează atunci când substanțele administrate trebuie să intre cât mai repede în fluxul sanguin general și în cazul în care volumul medicamentelor administrate depășește dozele admise pentru administrare intramusculară. Cu calea de administrare parenterală, volumul poate ajunge la 5 cm3. Este de preferat să se administreze parenteral soluții uleioase de substanțe medicinale.

Cu calea de administrare parenterală, animalul este ținut cu capul în jos; animalului nu trebuie lăsat să se miște brusc într-o poziție îndoită. În acest scop, animalul este fixat de cap cu o pensetă, iar de coadă cu mâinile. Cu o pensetă anatomică sau o pensetă Kocher mică, peretele cavităţii abdominale este tras înapoi, în timp ce organele abdominale sunt coborâte în jos, apoi pun peretele abdominal, fixând 2 puncţii: 1 prin piele, 2 prin peretele muscular al peritoneu. După aceasta, medicamentul este injectat în cavitatea abdominală. Dovada administrării corecte a medicamentului în cavitatea abdominală este absența complicațiilor în zona abdominală și starea activă a animalului după injectare, cu condiția administrării de substanțe nenarcotice. Cu o singură puncție, injecția va fi subcutanată.

Lecția de laborator nr.4

Subiect: Metode de testare biologică.

Ţintă: Să se familiarizeze cu metodele de testare biologică a activității funcționale a sistemului hipotalamo-hipofizo-suprarenal.

Echipament: glanda pituitară a șobolanului primitor, hipotalamusul șobolanului primitor, șobolan donator, reactivi necesari pentru prepararea extractului de glanda pituitară și hipotalamus, pense, pense Kocher, seringă pentru administrare intravenoasă, foarfece, heparină, tuburi de recoltare de sânge, trepied , echilibru de torsiune, baie de apa , termometru, eter pentru anestezie.

Progres

Lucrul 1. Determinarea conținutului de corticotropină în glanda pituitară.

Promisiunea metodei constă în determinarea creșterii volumului de 11-OX în plasma sanguină a șobolanilor primitori. După injectarea acestora cu extractele de glandă pituitară testate. Pentru a determina conținutul de corticotropină, se construiește mai întâi o curbă oscilativă.

Tehnica de determinare: glanda pituitară a fost cântărită pe o balanță de torsiune și a fost plasată într-o cutie cu acetonă anhidră timp de 10 zile. Apoi glanda pituitară a fost cântărită și măcinată bine în 100 ml de acid acetic glacial. Batonul a fost clătit cu aceeași cantitate de acid acetic. După aceasta, cupa a fost pusă într-o baie de apă și evaporată la 70°C timp de 30 de minute. Extractul rezultat a fost diluat în 2 ml dublu distilat şi neutralizat cu NaHC03 1 molar, apoi diluat până la masa necesară cu o soluţie Krebs-Ringer conţinând bicarbonat şi glucoză. La diluarea extractelor pituitare, s-a ținut cont de faptul că unui șobolan receptor trebuie injectat cu 100 μg de pulbere acetonată.

Testarea biologică pentru determinarea conținutului de corticotropină în glanda pituitară este de preferință efectuată pe șobolani masculi. Cu o zi înainte de experiment, șobolanii au fost injectați subcutanat cu prednizaonă la o rată de 6 mg per 100 g greutate corporală. Doza indicată de corticosteroid, conform principiului feedback-ului, blochează sistemul hipofizo-suprarenal al șobolanilor primitori, oprind secreția endogenă de corticotropină. O zi mai târziu, nivelul de 11-OX din plasma sanguină este determinat la șobolani. Cantitatea necesară de extract hipofizar a fost administrată intravenos și 1 oră mai târziu nivelul de 11-OX a fost redeterminat după administrarea extractelor de pituitar de testat la șobolani primitori. Folosind curba „logaritmului efectului dole”, a fost determinat conținutul de corticotropină în glanda pituitară a unui șobolan experimental în miere/100 mg țesut.

Lecția de laborator nr 5

Subiect: Metode biochimice în fiziologie.

Lectia 1. Determinarea 11-OX în plasma sanguină.

Ţintă: determinați modificarea volumului de 11-OX din plasma sanguină după expunerea la intervenție chirurgicală într-un experiment fiziologic.

Metodologie: 1. Se iau 1-1,5 ml de sânge de la animal (din vena cozii sau vena femurală);

2. Centrifugă sângele timp de 10 minute la 2000 rpm;

3. Separați plasma de elementele formate și transferați-o într-o eprubetă cu dop măcinat. Ar trebui să existe 1 ml de plasmă sau măriți la această cantitate cu bidistilat.

4. Se adaugă 6 ml de hexan în eprubetă și se agită timp de 20 s. Acest lucru elimină colesterolul din plasmă. Îndepărtați hexanul uzat folosind o pompă cu jet de apă.

5. Se adaugă cloroform 10 ml, se agită timp de 1 minut. În acest caz, corticosteroizii se dizolvă în cloroform. Îndepărtați fracția de plasmă rămasă cu o pompă.

6. Se spală extractul cu soluție de NaOH 0,1 M, adăugând 1 ml fiecare. Agitați timp de 1 minut și îndepărtați cu o pompă cu jet de apă.

8. Apoi luați 8 ml de extract și transferați-l într-o eprubetă curată, uscată, cu dop măcinat.

9. Se adaugă în extract 6 ml dintr-un amestec de alcool absolut (etil) cu H 2 SO 4, care poate rezista testului din Sawamo. Raportul dintre alcool și acid este de 1:3 (3 alcooli și 1 acid). Agitați 1 minut și lăsați la loc rece într-un loc cald timp de o oră. În acest caz, corticosteroizii se dizolvă într-un amestec de acid și alcool. După aceasta, volumul de 11-OX este determinat folosind un spectrofotometru „Kvant”.

Echipament: set dublu de eprubete cu dop macinat, rafturi, tuburi centrifuge, pompa cu jet de apa, 3 pipete de 1 ml, 2 pipete de 10 ml, 1 pipeta de 6 ml.

Reactivi: bidistilat, hexan, soluție 0,1 NaOH, croroform, alcool etilic 100%, H2S04 conform Sawamo (100%).

Metode pentru studierea stării emoționale la șobolani

1. Test în câmp deschis

Perioada latentă de ieșire din piața centrală, număr de linii încrucișate, standuri verticale, găuri examinate, spălare, defecare. Durata perioadei latente de părăsire a pătratului central și numărul de linii încrucișate au fost folosite pentru a judeca activitatea motrică, numărul de stâlpi verticali și găuri examinate a fost folosit pentru a indica activitatea de cercetare, numărul de spălări a indicat starea emoțională, iar numărul de mișcări intestinale a fost folosit pentru a judeca anxietatea.

2. Metodă multiparametrică pentru determinarea stării anxioase-fobice la șobolani

Ţintă: evaluează caracteristicile complexe ale nivelului individual de anxietate-fobic al animalului.

Metodologie: Studiul se desfășoară în câmp deschis sub iluminare electrică de 3000 de lux la o oră fixă.

Testul 1. Perioada latentă de coborâre de la înălțime. Acest test este utilizat pentru a evalua comportamentul defensiv intens la șobolani. Sobolanii sunt asezati pe o caseta din material opac de 20x14x14 cm si se noteaza timpul de coborare din caseta cand sobolanul atinge campul cu toate cele 4 labe.

Testul 2. Perioada latentă de trecere prin gaură. Șobolanul este așezat într-o trusă transparentă, împărțită în cruce în 2 compartimente cu o gaură de 7x10 cm în compartiment. Acțiunea este considerată finalizată atunci când șobolanul urcă în compartimentul 2 cu ambele labe. Dacă există ezitare când se efectuează o acțiune, se caută într-o gaură sau un transfer început, dar neterminat, al scorului cu 0,5 puncte.

Testul 3. E timpul să pleci din casă. Animalul este asezat intr-o casuta din plexiglas transparent 16x15x12 cm iar iesirea se inchide cu clapeta timp de 15 minute. Numărarea timpului începe din momentul în care se deschide ieșirea. În testele 1-3, șobolanul a fost returnat din cadrul experimental nu mai devreme de 20 de minute după efectuarea acțiunii corespunzătoare sau după ce timpul de testare a expirat (180 s) în cazul în care acțiunea nu a fost efectuată. Intervalele dintre teste sunt de cel puțin 15 minute.

Test 4. Ieșiți din centrul câmpului deschis. Acest test vă permite să identificați reacțiile de frică asociate cu o scădere a activității motorii. Testarea a început prin plasarea șobolanului în centrul câmpului, iar din acel moment s-a înregistrat timpul în care animalul a vizitat cele 4 pătrate centrale.

Pentru testele 1-4 au fost acordate note în conformitate cu baremul:

Testul 5. Avânt. Evaluarea funcționării reacției de zgomot în mod spontan și în timpul unei schimbări bruște a iluminării într-un mediu în câmp deschis. La 180 de secunde după ce animalul a fost plasat în câmpul de iluminare, iluminarea a fost schimbată brusc: lumina puternică a fost stinsă și o lampă simplă a fost aprinsă timp de 60 de secunde, apoi iluminarea a fost restabilită. Pe parcursul a 300 de secunde de observație, s-a determinat distanța măsurată în pătrate la care animalul s-a sprijinit. Nicio modificare 0 puncte, jumătate de pătrat - 1 punct, până la 2 pătrate - 2 puncte, mai mult de 2 pătrate - 3 puncte.

Testul 6. Heaving-2. Încercarea experimentatorului de a ridica animalul. Evaluat de asemenea.

Testul 7. Răspunsul de vocalizare.

Testul 8. Reacția de ascundere. Animalul îngheață într-o poziție tensionată pe labele îndreptate sau, apăsând pe podea, uneori cu urechile turtite și ochii închiși.

Testul 9. Presarea urechii.

Testele 6-9 se efectuează prin apropierea treptată a mâinii experimentatorului de pe partea laterală a botului, astfel încât șobolanul să vadă mâna. Apropierea mâinii de animal se efectuează de 2-3 ori la rând. Nota:

0 b. - nicio reactie

1 b. – reacție la mângâiere

2 b. – reacție când se apropie o mână

3b. – reacția persistă după îndepărtarea mâinii

Dacă au existat reacții spontane la testele 7-9, s-au adăugat încă 3 puncte pentru fiecare. Apoi, am calculat scorul total pentru toate testele, care a fost folosit pentru a evalua nivelul general de anxietate (indicele de anxietate integrat IPT).

Concluzie privind glucoza: după construirea unei curbe de calibrare (care este determinată de 10 dimensiuni standard), s-a constatat că animalul de experiment conține 42 mmom (l glucoză) în sânge.

Studiul mecanismelor fiziologice ale comportamentului animal este domeniul de cunoaștere cel mai intens dezvoltat, care în țara noastră este denumit în mod tradițional fiziologia activității nervoase superioare. Interesul pentru această știință a crescut semnificativ în ultimele decenii, în primul rând datorită nevoilor de modelare tehnică a sistemelor și proceselor cerebrale, unite sub conceptul de inteligență artificială. În mod firesc, știința mecanismelor cerebrale ale comportamentului și psihicului însuși s-a îmbogățit cu idei cibernetice și s-au format noi domenii de cercetare - bionică, neurocibernetică etc.

STUDIUL BAZELOR FIZIOLOGICE ALE COMPORTAMENTULUI

Evoluția speciilor este rezultatul unei adaptări îmbunătățite la condițiile de mediu în schimbare. Organismele superioare pot exista doar într-o gamă relativ restrânsă de factori fizici (temperatură, radiații, gravitație) și chimici (furnizare de metaboliți, electroliți și apă, compoziția atmosferică), care sunt determinate de proprietățile morfologice și metabolice determinate genetic. Formele statice de adaptare sunt completate de adaptări dinamice în continuă schimbare ale organismului la mediu. Acest comportament, în sensul cel mai larg al cuvântului, se bazează pe reglarea activității metabolice în general și pe controlul sistemelor executive specifice în special. Mușchii și glandele sunt cele mai importante organe executive care asigură aproape toate formele de comportament în organismele superioare. Organismul este echipat cu o varietate de receptori capabili să perceapă proprietățile mediului și să le transforme în informații semnificative. Comportamentul este determinat de mediu și este mediat de mecanisme centrale care evaluează informațiile primite și formează cele mai potrivite reacții.

Scopul principal al comportamentului este de a asigura supraviețuirea unui individ sau a unei specii. Actele comportamentale pot fi împărțite în mod arbitrar în reacții apetitive, care vizează realizarea condițiilor externe necesare (de exemplu, păstrarea sau consumul de alimente, împerecherea), și la reacții de semn opus, inclusiv evadare sau evitarea factorilor nocivi(de exemplu, temperatură, radiații, daune mecanice), se formează adesea factori de mediu continuitate, un anumit interval pe care animalul îl preferă, în timp ce un alt interval pe care îl evită. Animalul se deplasează printr-un gradient multidimensional de factori de mediu pentru a optimiza suma totală a influențelor percepute (de exemplu, când accesul la hrană poate fi obținut doar în intervale de temperatură nefavorabile sau sub influențe mecanice optime sau chiar dăunătoare).

Astfel de modelul relaţiilor dintre organisme şi mediu sugerează existenţa state centrale ipotetice(De exemplu, impulsuri, motivație), care declanșează și susțin forme specifice de comportament. Se presupune că organismul are un model al stărilor interne (și externe) optime și că orice comportament este evaluat constant în funcție de scăderea sau creșterea discrepanței dintre acest model și starea actuală. Condițiile de mediu semnificative la care se străduiește organismul sunt stimulente atractive şi cele care sunt evitate) sunt stimuli aversivi. Modificarea și controlul comportamentului (condiționarea operantă) prin prezentarea de stimuli atractivi sau eliminarea stimulilor aversivi se numesc, respectiv, pozitiv sau întărire negativă. Se numește combinarea unui anumit comportament cu stimuli aversivi pedeapsăși duce la suprimarea acestui comportament.

Pe lângă răspunsul la întrebarea de ce acționează un animal, este la fel de important să înțelegem cum acționează. Teoria reflexului propusă de Descartes în secolul al XVII-lea a influențat gândirea fiziologilor și psihologilor și rămâne un punct de plecare important pentru neurofiziologia modernă. Repertoriul comportamental de bază este conectat în anumite rețele neuronale care conectează un anumit răspuns (răspuns necondiționat - UR) cu un anumit stimul (stimul necondiționat - BS). Aceste congenital(nedobândit în timpul antrenamentului) reactii sunt completate reacții dobândite (condiționate). la stimuli inițial neutri, care, cu combinații repetate cu BR, devin stimuli condiționati (CS), adică semnale de aproximare spațială și/sau temporală a BR (Pavlov, 1927).

Dacă comportamentul înnăscut reflectă reacții codificate genetic dobândite de-a lungul generațiilor prin procesul de selecție naturală, atunci comportamentul dobândit individual este asociat cu experiențele înregistrate în memoria corpului. Secvența de evenimente externe și/sau interne la care un animal participă poate provoca schimbări mai mult sau mai puțin durabile în sistemul său nervos care stau la baza răspunsului la stimuli anterior ineficienți. Procesul corespunzător, numit Instruire, duce la acumularea de experiență sub formă de urme de memorie (engrame), a căror extragere afectează comportamentul animalului. Abilitățile care nu mai corespund noilor condiții se sting, iar aptitudinile care nu au fost folosite de mult timp pot fi uitate.

Interacțiunea dintre organism și mediu poate fi diferită, ceea ce corespunde anumitor forme de comportament. Dacă comportament de răspuns constă în reacții provocate de stimuli discreți, de exemplu durere, hrană, apoi comportamentul operant poate fi stimulat de nevoi interne și consta în manifestarea spontană a diferitelor reacții care implică în cele din urmă o schimbare dorită a mediului (de exemplu, obținerea accesului la hrană) .

Asemenea forme comportamentul dobândit subliniați diferențele dintre condiționarea clasică și cea instrumentală: în primul caz, SUA, de regulă, provoacă aceeași reacție ca și BS (salivația cauzată de US acustic despre prezentarea alimentelor). Prezența sau absența unui răspuns condiționat dezvoltat conform tipului clasic nu afectează probabilitatea utilizării BS. Reacțiile instrumentale diferă de obicei semnificativ de reacțiile necondiționate corespunzătoare; cu ajutorul reacțiilor instrumentale se deschide accesul la stimuli atractivi sau, dimpotrivă, animalul evită stimulii aversivi (de exemplu, apăsarea unei pârghii, întărită de mâncare, evitarea stimulilor dureroși prin sărituri). ). De obicei, condiționarea instrumentală afectează răspunsurile motorii ale mușchilor scheletici, în timp ce condiționarea clasică este limitată la funcțiile autonome efectuate de mușchii și glandele viscerale. Cu toate acestea, există multe excepții de la această regulă.

În psihologia tradițională stimul-răspuns (de exemplu, așa cum a propus Skinner (1938)), analiza comportamentală constă în stabilirea unui sistem de reguli care leagă condițiile de intrare (stimuli) cu condițiile de ieșire (răspunsul). Astfel, procesele ipotetizate în centrii nervoși sau mecanismele ipotetizate ale creierului conceptual nu sunt luate în considerare. Deși abordarea cutiei negre a adus contribuții semnificative la înțelegerea noastră a rolului mediului în controlul comportamentului, ea a adăugat puține cunoștințe despre structura internă și funcția acestei cutii negre, creierul, ca despre un convertor sau organ de mediere între input. și ieșire. Acesta din urmă este zona de cercetare a specialiștilor - fiziologi și psihologi și sfera diferitelor discipline speciale (neurofiziologie, farmacologie, neurochimie), care sunt incluse în complexul de neuroștiințe. În neurofiziologie, s-au făcut progrese semnificative în analiza reflexelor simple necondiționate ale măduvei spinării. Înțelegerea reflexului de întindere sau flexie este atât de detaliată încât este posibil să se urmărească cu exactitate propagarea fluxului aferent de impulsuri de la rădăcinile dorsale din măduva spinării până la formarea salvei eferente în rădăcinile ventrale. Conceptul de reflex condiționat (CR), introdus de Pavlov, ne permite să aplicăm aceeași abordare analitică și asupra reflexelor condiționate clasice. Cu toate acestea, chiar și cele mai simple SD-uri nu fac încă posibilă detectarea legăturii decisive din plastic responsabilă pentru comutarea fluxului SUA către calea BR. Mecanismele neuronale implicate în condiționarea operantă (reflexele condiționate instrumentale) sunt la fel de neclare.

Principalele metode de studiere a mecanismelor neuronale ale comportamentului sunt ablația, stimularea, înregistrarea electrică și analiza chimică. De exemplu:

(O locatie structurile nervoase, responsabil pentru un anumit comportament, poate fi determinat de îndepărtarea maximă a zonelor creierului la care acest comportament persistă și/sau de îndepărtarea minimă la care dispare. Blocarea funcțională a centrilor nervoși poate servi aceluiași scop.

(B) Substratul neural al unei reacții poate fi analizat prin găsirea zonei și a parametrilor optimi de stimulare electrică și chimică care provoacă aceeași reacție.

(B) Activitatea electrică care însoțește un act comportamental poate reflecta procese importante pentru implementarea acestuia. Metodele electrofiziologice pot fi utilizate pentru a identifica propagarea impulsurilor aferente în creier, activitatea care precede apariția unui răspuns extern sau pentru a corela probabilitatea și/sau amploarea unui răspuns comportamental și electric.

(D) Activarea și posibila modificare a circuitelor neuronale cauzate de învățare se pot reflecta în modificări locale în metabolismul neurotransmițătorilor, acizilor nucleici și proteinelor.

Cercetarea neurofiziologică vizează luarea în considerare a dinamicii comportamentului și a organizării spațio-temporale a activității creierului. Achiziția unei noi experiențe care duce la formarea unei engrame (învățare) poate fi realizată cu participarea unor rețele neuronale diferite de cele implicate în reproducerea ulterioară a experienței înregistrate. Locul unde se acumulează informațiile poate fi punctul de convergență al mecanismelor separate de înregistrare și citire. Eficacitatea dobândirii experienței și reproducerii acesteia depinde de factori precum nivelul de veghe, motivația și emoțiile. Toate aceste variabile trebuie luate în considerare atunci când se explică schimbările comportamentale induse de stimulare și întrerupere și se explică relația dintre schimbările comportamentale, electrice sau biochimice. Este foarte dificil să distingem mecanismele specifice care sunt comune unei întregi clase de reacții (de exemplu, apetitive și aversive).

O descriere generală a structurilor neuronale implicate în diferitele forme de comportament este o condiție necesară pentru un studiu detaliat al modificărilor celulare și moleculare care stau la baza rearanjamentelor plastice ale rețelelor neuronale. Micrometodele electrofiziologice, neurochimice și morfologice disponibile îndeplinesc pe deplin această cerință, cu condiția să fie utilizate la momentul oportun și în legături esențiale. Crearea unui model comportamental adecvat, adecvat pentru aplicarea eficientă a micrometodelor este o condiție prealabilă pentru progresul rapid în continuare. Între timp, cercetările se concentrează pe organizarea funcțională a rețelelor neuronale implicate în diferite procese, precum procesarea senzorială, motivația, formarea urmelor de memorie, localizarea engramelor etc.

Planificarea experimentelor

Pentru a planifica experimente, este necesar să se cunoască principiile și tacticile cercetării, abordarea științifică, care se formează cel mai bine prin implementarea directă a experimentelor. Această carte este un ghid practic pentru realizarea experimentelor. Se presupune că cititorul este familiarizat cu principiile de bază ale statisticii. Sfaturi practice introductive privind efectuarea de experimente în fiziologia comportamentală pot fi găsite în Sidowski și Lockard (1966) și Weiner (1971). Următoarea este o scurtă descriere menită să orienteze studenții către unele dintre problemele complexe implicate în proiectarea și realizarea experimentelor.

Avantajul studiului de laborator față de observația naturalistă este că cercetătorul poate controla condițiile experimentale, adică poate stabili un control precis asupra așa-numitelor variabile independente pentru a identifica influența lor asupra variabile dependente. Variabilele dependente în psihologia fiziologică pot fi orice caracteristică comportamentală sau fiziologică, în timp ce variabilele independente sunt condiții care sunt controlate de experimentator și uneori impuse organismului. Condițiile înseamnă interventie directa(eliminarea unor părți ale creierului, stimularea acestuia sau utilizarea diferitelor medicamente), schimbarea mediului(temperatura si lumina), modificări ale programului de întărire, dificultăți de învățare, durata lipsei de hrană sau factori precum vârsta, sexul, descendența genetică etc.

Pentru a minimiza interpretarea greșită a experimentelor din cauza dificultății de a distinge efectele intervențiilor experimentale de efectele altor variabile, este necesar să se introducă proceduri de control. De exemplu, la testarea eficacității unei anumite proceduri (variabila independentă), se folosește un grup de control. În mod ideal, grupul de control este studiat în același mod ca și grupul experimental, excluzând influența factorului studiat, de dragul căruia este planificat experimentul în sine. Același animal poate fi folosit atât în ​​control, cât și în experiment dacă, de exemplu, este necesar să se compare comportamentul său înainte și după îndepărtarea unor părți ale creierului. O altă procedură de control comună, al cărei scop este reducerea influenței simultane a variabilelor, este aplicarea echilibrată a diferitelor influențe asupra aceluiași animal (de exemplu, injecții cu diferite medicamente sau doze diferite ale aceluiași medicament). Un alt punct important de control este distribuirea aleatorie a animalelor în diferite grupuri. Acest lucru se face cel mai bine folosind un tabel de numere aleatorii, care este prezentat în multe cărți de statistică (pur și simplu prinderea animalelor dintr-o cușcă pentru a forma un grup nu este adecvată, deoarece cele mai slabe sau mai pasive animale vor fi prinse primele).

Datorită posibilelor erori sau variabilităţii rezultatelor obţinute din cauza variabilelor necontrolate, măsurătorile sunt de obicei repetate şi in medie sau mediană mărimea. Măsurătorile repetate implică observații multiple ale acelorași animale sau o observație a mai multor animale sau ambele. Cu cât este mai mare probabilitatea de erori sau fluctuații datorate unor variabile necunoscute sau necontrolate, cu atât este mai probabil ca măsurătorile repetate să difere și astfel variabilitatea măsurătorilor în jurul valorii medii va fi mai mare. analize statistice utilizate de obicei pentru a evalua semnificația diferențelor observate între grupurile experimentale și de control sau condițiile experimentale. De exemplu, o diferență între două medii este considerată în mod tradițional semnificativă (adică nu datorată întâmplării) atunci când există cel puțin o șansă de 95 din 100 ca diferența să fie de fapt adevărată.

Analiza științifică, fie că se bazează pe observații naturaliste sau pe experimente de laborator, se bazează pe măsurători pentru a cuantifica observațiile. Așa-numitul nivel de măsurare determină ce operații aritmetice pot fi aplicate numerelor, ceea ce determină în consecință utilizarea metodelor statistice adecvate. Cercetătorul trebuie să ia în considerare nivelul măsurătorilor și să prevadă natura procesării statistice a rezultatelor deja atunci când planifică experimente, deoarece aceste considerații vor ajuta la rezolvarea problemei acurateței instrumentelor de măsurare și a numărului necesar de experimente.

Este necesar să se facă distincția între patru niveluri generale de măsurare sau evaluare: nominal, obișnuit, interval și corelativ. Cel mai jos nivel este nominal, unde simboluri precum literele sau cifrele sunt folosite pur și simplu pentru a clasifica obiecte sau fenomene. În acest caz, numărul de măsurători care se încadrează în diferite clase în condiții experimentale și de control este comparat folosind statistică binomială. Dacă este posibil să aranjam observațiile astfel încât să fie într-un fel de relație între ele (de exemplu, „mai mult decât”, „mai puțin decât”, etc.), atunci vom avea de-a face cu scara obisnuita. Dacă, în plus, este posibil să se detecteze intervale între numere pe o astfel de scară, atunci ne vom ocupa de scară de interval, care are un punct zero arbitrar (ca în cazul unei scale de temperatură). Dacă scara are și un adevărat punct zero la început, cum ar fi scara de înălțime și masă, atunci se va atinge cel mai înalt nivel de măsurare, adică. scară relativă. Parametrii măsurați folosind o scară nominală sau obișnuită sunt procesați folosind statistici neparametrice(de exemplu, χ 2 -ests (Connover, 1971; Siegel, 1956)), în timp ce datele măsurate pe scale de interval și raport sunt de obicei procesate folosind metode statistice parametrice(de exemplu, teste t) (dacă datele se potrivesc cu ipoteze diferite despre parametrii populației din care este luat exemplul). Parametrii populației supuși unor proceduri statistice neparametrice nu trebuie să îndeplinească neapărat anumite condiții, cum ar fi distribuția normală. Prin urmare, aceste proceduri sunt utilizate pe scară largă în experimentele de psihologie fiziologică, unde măsurătorile sunt de obicei efectuate la nivel de rutină și dimensiunea eșantionului este adesea mică. Planul de realizare a experimentelor descrise în această carte include o comparație a datelor experimentale și de control. Pentru astfel de date obținute din evenimente independente, o statistică neparametrică utilă este U-gest Mana - Whitney. Atunci când se utilizează un alt design experimental, animalul servește drept control pentru el însuși, ca în cazul comparării comportamentului înainte și după administrarea unui medicament și atunci când părți ale creierului sunt îndepărtate. Estimatorul neparametric standard pentru astfel de date obținute în prezența evenimentelor conexe este testul pentru perechi conjugate de ranguri semnate Wilcoxon(Siegel, 1956). În plus, metode neparametrice sunt folosite pentru a analiza datele obținute din texte repetate, din care se construiesc curbele de învățare și curbele de reactivitate (Krauth, 1980).

În această carte, șobolanii sunt folosiți ca animale de experiment pentru majoritatea experimentelor. Pentru informații detaliate despre procedurile generale de laborator, inclusiv îngrijirea și manipularea animalelor, în special a șobolanilor, cititorii pot consulta lucrările lui Baker și colab. (1979), Ferris (1957) și Goodman și Oilman (1957). 1975), Lane-Petteret și colab. (1967), Leonard (1968), Myers (1971a), Munn (1950) și Short și Woodnott (scurt

şi Woodnott, 1969).

Tulpinile de șobolani cel mai frecvent utilizate în studiile comportamentale sunt tulpinile Long-Evans cu glugă; linii albe ale lui Sprague-Dawley și Wistar. Pentru a obține și compara rezultate, este recomandabil să folosiți linii standard. Cu toate acestea, gradul de generalizare a rezultatelor poate depinde de utilizarea mai multor linii (precum și de specii).

Pentru a efectua experimente pe animale, este necesar să le păstrați curate, confortabile și ferite de boli. Acest lucru poate fi realizat prin respectarea standardelor detaliate de adăpostire, hrănire, igienă, îngrijire postoperatorie (vezi referințele de mai sus) și cunoașterea bolilor comune ale animalelor (Myers, 1971 a; Short și Woodnott, 1969).

Majoritatea experimentelor comportamentale provoacă disconfort la animale, fie că este cauzat de privarea de hrană, utilizarea stimulării aversive centrale sau periferice, administrarea de medicamente sau pur și simplu ridicarea animalului în aer. Experimentatorul trebuie să-și amintească constant acest lucru și să încerce, dacă este posibil, să reducă disconfortul animalului de experiment.

Următoarele sunt linii directoare pentru efectuarea testării pe animale, care fac parte din secțiunea „Principii pentru utilizarea animalelor” din Ghidul de subvenții și contracte a Institutului Național de Sănătate din 1978:

„1. Experimentele care utilizează vertebrate vii și țesuturi ale organismelor vii pentru cercetare ar trebui efectuate sub supravegherea unor oameni de știință calificați în domeniul biologic, fiziologic sau medical.

2. Adăpostirea, îngrijirea și hrănirea tuturor animalelor de experiment trebuie să fie sub supravegherea unui medic veterinar calificat sau a unui alt om de știință competent în aceste probleme.

3. Cercetarea prin natura sa ar trebui să producă rezultate utile în beneficiul societății și nu ar trebui să fie întâmplătoare sau inutile.

4. Experimentul trebuie să se bazeze pe cunoașterea bolii sau problemei studiate și conceput astfel încât rezultatele așteptate să justifice implementarea acestuia.

5. Analize statistice, modele matematice sau sisteme biologice în vitro ar trebui utilizate dacă acestea completează în mod adecvat rezultatele testării pe animale și reduc numărul de animale utilizate.

6. Experimentele trebuie efectuate în așa fel încât să nu supună animalul la suferințe sau vătămări inutile.

7. Omul de știință responsabil cu experimentul trebuie să fie pregătit să încheie experimentul dacă consideră că continuarea experimentului ar cauza răni sau suferințe inutile animalelor.

8. Dacă experiența în sine provoacă mai mult disconfort la animal decât anestezia, atunci este necesar să aduceți animalul (prin utilizarea anesteziei) într-o stare în care nu percepe durere și să mențineți această stare până când experimentul sau procedura este efectuat. Singurele excepții sunt acele cazuri în care anestezia poate afecta scopul experimentului, iar datele nu pot fi obținute în alt mod decât prin efectuarea unor astfel de experimente. Astfel de proceduri trebuie supravegheate cu atenție de conducere sau de alt personal calificat.

9. Îngrijirea post-experimentală a animalului trebuie să reducă la minimum disconfortul și efectele traumei cauzate animalului ca rezultat al experimentului, în conformitate cu practica medicală veterinară acceptată.

10. Dacă este necesar să ucizi un animal de experiment, atunci acest lucru se face astfel încât să se obțină moartea instantanee. Niciun animal nu trebuie distrus până la moartea.”

Aproape toate testele comportamentale și neurologice descrise în capitolele următoare necesită manipularea animalelor. Animalul trebuie să fie obișnuit cu această procedură timp de câteva zile înainte de începerea experimentului. O astfel de manipulare presupune scoaterea animalului din cușcă cu mâna, așezarea lui pe masă, mângâierea blândă și mutarea acestuia dintr-un loc în altul. În timp, animalele încetează să reziste unor astfel de proceduri dacă sunt efectuate cu atenție.

Nu țineți animalul de coadă și încercați să nu apucați pielea și să nu puneți prea multă presiune asupra animalului. Este mai bine să luați animalul din spate sub omoplați, plasând degetul mare sub un membru anterior, iar degetele rămase sub cel de-al doilea membru. Forța de prindere a animalului trebuie să corespundă gradului de rezistență al acestuia. Dacă animalul este ținut astfel încât membrele anterioare să se încrucișeze, nu va putea mușca.

Când sunt manipulați frecvent, șobolanii de laborator devin destul de îmblânziți și ușor de controlat. Este recomandabil să folosiți un asistent pentru a administra medicamentele, în timp ce experimentatorul folosește mâna a doua pentru a întinde membrele posterioare ale animalului. Cu suficientă practică, injecțiile intraperitoneale pot fi făcute independent prin prinderea membrelor posterioare ale șobolanului și injectarea simultană cu cealaltă mână.

Este util să calmați animalul înainte de injectare; Pentru a face acest lucru, trebuie să prindeți animalul așa cum este descris mai sus și apoi să-l balansați încet înainte și înapoi într-un arc larg.

Folosind metoda obișnuită marcajeleșobolanii implică realizarea de fante sau găuri în urechile animalului în timp ce acesta este sub anestezie. Urechile animalului sunt subțiri și nu sângerează foarte mult. Metoda preferată este de a marca corpul și coada cu un colorant biologic, cum ar fi acidul picric galben sau roșu carbofuchsin. Acest sistem binar permite codificarea individuală a 63 de șobolani. (Dacă folosiți mai mulți șobolani, codificați-i numai cu numere pare, deoarece acest lucru reduce numărul de găuri sau marcaje necesare.)

ECHIPAMENTE ŞI METODE DE STUDIAREA FUNCŢIILOR FIZIOLOGICE

Succesele fiziologiei moderne în studierea funcțiilor întregului organism, sistemelor, organelor, țesuturilor și celulelor sale se datorează în mare măsură introducerii pe scară largă în practica experimentelor fiziologice ale echipamentelor electronice, dispozitivelor de analiză și calculatoarelor electronice, precum și biochimice și metode de cercetare farmacologică. În ultimii ani, în fiziologie, metodele calitative au fost completate cu cele cantitative, ceea ce face posibilă determinarea parametrilor studiați ai diferitelor funcții în unitățile de măsură corespunzătoare. Împreună cu fiziologi, fizicieni, matematicieni, ingineri și alți specialiști participă la dezvoltarea de noi abordări metodologice.

Îmbunătățirea rapidă a tehnologiei electronice a deschis noi căi de înțelegere a multor procese fiziologice, ceea ce anterior era fundamental imposibil.

Crearea diferitelor sisteme de senzori care convertesc procesele neelectrice în procese electrice și îmbunătățirea echipamentelor de măsurare și înregistrare au făcut posibilă dezvoltarea unor metode noi, de înaltă precizie, pentru înregistrarea obiectivă (de exemplu, biotelemetria) a funcțiilor fiziologice, care s-au extins semnificativ. posibilitățile experimentului.

SCHEMA LEGĂRILOR ÎNTRE DISPOZITIVE ȘI OBIECTE DE CERCETARE

Când se studiază funcțiile fiziologice folosind diverse echipamente, sisteme unice se formează în experimente și clinici. Ele pot fi împărțite în două grupe: 1) sisteme pentru înregistrare diverse manifestări ale activităţii vieţii şi analiza datelor obţinute şi 2) sisteme pt impact asupra organismului sau a unităţilor sale structurale şi funcţionale.

Pentru a reprezenta vizual interacțiunile elementelor individuale ale sistemului, este necesar să le luăm în considerare sub formă de diagrame bloc. Astfel de diagrame bloc și simbolurile lor sunt convenabile pentru a le folosi elevilor pentru a ilustra protocoale experimentale în timpul orelor practice. În opinia noastră, o astfel de formă de reprezentare a cel puțin unei părți din condițiile experimentale va reduce semnificativ descrierea acesteia și va contribui la înțelegerea schemelor de circuit ale dispozitivelor și instrumentelor.

Diagrame bloc care reflectă principalele forme de interacțiune dintre obiectul de studiu și diverse dispozitive pentru funcții de înregistrare.

Multe funcții ale corpului pot fi studiate fără echipament electronicși înregistrează procesele fie direct, fie după unele transformări . Exemplele includ măsurarea temperaturii cu un termometru cu mercur, înregistrarea bătăilor inimii cu ajutorul unei pârghii de scriere și a unui kimograf, înregistrarea respirației cu ajutorul unei capsule Marais, pletismografia cu ajutorul pletismografului cu apă, determinarea pulsului etc. Diagrame reale ale instalațiilor pentru pletismografie, înregistrarea motilității gastrice și înregistrarea respirației sunt prezentate în Fig.

O diagramă bloc a unui sistem care permite înregistrarea proceselor bioelectrice din organism este prezentată în Fig. \, IN. Este format dintr-un obiect de cercetare, electrozi de plumb, un amplificator, un reportofon și o sursă de alimentare. Sistemele de înregistrare de acest fel sunt utilizate pentru electrocardiografie, electroencefalografie, electrogastrografie, electromiografie etc.

Când cercetezi și te înregistrezi cu folosind echipamente electronice o serie de procese neelectrice trebuie mai întâi convertite în semnale electrice. Pentru aceasta sunt folosiți diverși senzori. Unii senzori sunt capabili să genereze ei înșiși semnale electrice și nu necesită energie de la o sursă de curent, în timp ce alții necesită această putere. Mărimea semnalelor senzorilor este de obicei mică, așa că trebuie să fie preamplificate pentru a le înregistra. Sistemele care utilizează senzori sunt utilizate pentru balistocardiografie, pletismografie, sfigmografie, înregistrarea activității motorii, a tensiunii arteriale, a respirației, determinarea gazelor din sânge și aerul expirat etc.

Dacă sistemele sunt completate și coordonate cu lucrarea transmițător radio, atunci devine posibilă transmiterea și înregistrarea funcțiilor fiziologice la o distanță considerabilă de obiectul de studiu. Această metodă se numește biotelemetrie. Dezvoltarea biotelemetriei este determinată de introducerea microminiaturizării în ingineria radio. Vă permite să studiați funcțiile fiziologice nu numai în condiții de laborator, ci și în condiții de comportament liber, în timpul activităților de muncă și sportive, indiferent de distanța dintre obiectul de studiu și cercetător.

Sistemele menite să influențeze organismul sau unitățile sale structurale și funcționale au efecte variate: declanșatoare, stimulatoare și inhibitoare. Metodele și opțiunile de influență pot fi foarte diverse .

Când cercetăm analizoare la distanță impulsul stimulator poate fi perceput de la distanta; in aceste cazuri nu sunt necesari electrozi de stimulare. Deci, de exemplu, puteți influența analizatorul vizual cu lumină, pe cel auditiv cu sunet și pe cel olfactiv cu diverse mirosuri.

În experimentele fiziologice, stimulul este adesea folosit electricitate,în legătură cu care s-au răspândit stimulatoare electronice de pulsȘi electrozi de stimulare. Stimularea electrică este utilizată pentru a stimula receptorii, celulele, mușchii, fibrele nervoase, nervii, centrii nervoși etc. Dacă este necesar, se poate folosi stimularea biotelemetrică (Fig. 4, ÎN). Mai mult, efectele asupra organismului pot fi atât locale, cât și generale.

Studiile funcțiilor fiziologice sunt efectuate nu numai în repaus, ci și sub diferite sarcini fizice . Acesta din urmă poate fi creat fie. efectuarea anumitor exerciții (genuflexiuni, alergare etc.), sau folosirea diverselor aparate (biciclete ergometru, bandă de alergare etc.), care fac posibilă dozarea cu precizie a sarcinii.

Sistemele de înregistrare și stimulare sunt adesea folosite simultan, ceea ce extinde semnificativ posibilitățile de experimente fiziologice. Aceste sisteme pot fi combinate în diferite moduri.

ELECTROZI

În cercetarea fiziologică electrozi sunt veriga de legătură între obiectul de studiu și instrumente. Ele sunt utilizate pentru a aplica descărcarea sau pentru a înregistra (înlătura) activitatea bioelectrică a celulelor, țesuturilor și organelor, prin urmare sunt de obicei împărțite în stimulatoare . Același electrod poate fi folosit atât ca electrod de stimulare, cât și ca electrod de conducere, deoarece nu există nicio diferență fundamentală între ele.

În funcție de metoda de înregistrare sau de stimulare, se disting electrozii bipolari și unipolari. Cu metoda bipolară, sunt adesea utilizați doi electrozi identici; cu metoda unipolară, electrozii diferă atât prin funcționalitate, cât și prin design. În acest caz, electrodul activ (diferențial) este plasat în zona de îndepărtare a biopotențialului sau pe zona de țesut care trebuie stimulată.

Electrodul activ, de regulă, are o dimensiune relativ mică în comparație cu un alt electrod pasiv (indiferent). Electrodul indiferent este fixat de obicei la o oarecare distanță de cel activ. În acest caz, este necesar ca zona de fixare a electrodului indiferent să nu aibă propriul potențial (de exemplu, o zonă moartă a țesutului, un mediu lichid conductor de electricitate care înconjoară obiectul de studiu), fie această zonă. trebuie selectat cu un potențial mai scăzut și relativ stabil (de exemplu, lobul urechii). Electrozii indiferenți sunt adesea plăci din argint, cositor, plumb sau alt metal.

În funcție de locația lor, electrozii sunt împărțiți în superficialȘi submersibil. Electrozii de suprafață sunt fixați fie pe suprafața obiectului de studiu (de exemplu, la înregistrarea unui ECG, EEG), fie pe structuri pregătite și expuse (când se stimulează un nerv, se îndepărtează potențialele evocate de pe suprafața cortexului cerebral etc. ).

Electrozii submersibili sunt utilizați pentru a studia obiecte situate adânc în organe sau țesuturi (de exemplu, atunci când se stimulează neuronii aflați în structurile subcorticale ale creierului sau se îndepărtează activitatea bioelectrică din acestea). Acești electrozi au un design special, care ar trebui să asigure un contact bun cu obiectul de studiu și izolarea fiabilă a părții conductoare rămase a electrodului de țesuturile din jur. Toți electrozii, indiferent de tipul și metoda de utilizare a acestora, nu ar trebui să aibă un efect dăunător asupra obiectului de studiu.

Este inacceptabil ca electrozii înșiși să devină o sursă de potențiale. În consecință, electrozii nu ar trebui să aibă potențiale de polarizare, care în unele cazuri pot distorsiona semnificativ rezultatele cercetării. Mărimea potențialului de polarizare depinde de materialul din care este fabricat electrodul, precum și de proprietățile și parametrii curentului electric.

Electrozii din metale nobile: aurul, argintul și platina au o capacitate mai mică de polarizare. Polarizarea practic nu are loc dacă apa curge prin electrozi. variabil sau curent electric pulsat cu schimbarea polarității impulsurilor. Posibilitatea polarizării electrodului crește atunci când interacționează cu un curent monofazic direct sau pulsat. Cu cât este mai mare curentul care trece prin electrod și cu cât durata acțiunii acestuia este mai lungă, cu atât este mai mare probabilitatea de polarizare. Este asociat cu procese electrochimice care au loc între materialul electrodului și mediul electrolitic înconjurător. Ca urmare, electrozii capătă o anumită sarcină, în semn opus curentului de stimulare sau retras, ceea ce duce la o stare necontrolată a condițiilor experimentale. Prin urmare, atunci când expuneți un obiect la curent continuu și când eliminați potențialele constante sau care se schimbă lent, utilizați electrozi nepolarizanti.

În experimentele electrice, cei mai des utilizați electrozi nepolarizați sunt următoarele tipuri: argint - clorură de argint, platină - clorură de platină și zinc - sulfat de zinc.

Electrozi de argint la contactul cu fluidul tisular care conține cloruri, acestea devin rapid acoperite cu un strat de clorură de argint și apoi sunt dificil de polarizat. Cu toate acestea, pentru studii experimentale precise, electrozii de argint sunt acoperiți cu un strat de clorură de argint înainte de a fi utilizați în experiment. Pentru a face acest lucru, electrodul de argint este curățat cu șmirghel fin, degresat bine, spălat cu apă distilată și scufundat într-un vas cu o soluție de NaCl 0,9% sau 0,1 N. NS1, care are deja un electrod de carbon.

Anodul (+) este conectat la electrodul de argint, iar catodul (-) la electrodul de carbon al oricărei surse de curent continuu (baterie, acumulator, redresor etc.) cu o tensiune de 2 - 6 V. O densitate de curent de Prin electrozi se trece 0,1 până la 100 V. A/m 2 până când electrodul este acoperit cu un strat continuu de clorură de argint. Se recomandă efectuarea acestei operații în întuneric. Electrozii clorurati finiți sunt depozitați în soluția Ringer la întuneric.

Nepolarizant electrozi de platină poate fi realizată după cum urmează. Firul de platină este spălat cu apă distilată și scufundat în acid sulfuric concentrat timp de câteva minute, apoi spălat bine în apă distilată, după care doi electrozi de platină sunt coborâți într-un vas cu o soluție de clorură de platină. Un electrod este conectat la anod, celălalt la catodul unei surse de curent continuu cu o tensiune de 2 V.

Folosind un comutator, curentul este trecut prin ele într-un sens sau altul (de 4-6 ori timp de 15 s). Electrodul care va fi folosit în cercetare trebuie să fie conectat la anodul sursei de curent în ultima operație de trecere a curentului. Electrodul finit trebuie spălat și depozitat în apă distilată.

Tip electrozi nepolarizanti zinc – sulfat de zinc sunt tuburi de sticlă umplute cu o soluție de sulfat de zinc 2, în care se pune o tijă de zinc amalgamată 3. Amalgamarea zincului se obține prin scufundarea lui timp de câteva minute, mai întâi într-o soluție de acid sulfuric 10%, apoi în mercur. Capătul inferior al tubului de sticlă este acoperit cu caolin 4, amestecat cu soluția Ringer. Partea exterioară a dopului de caolin are o formă potrivită pentru contactul cu obiectul. Uneori, dopul este realizat din ipsos și se introduce în el un fitil de bumbac sau o perie moale de păr 5. Ionii de zinc au o capacitate mare de difuzie, astfel încât acești electrozi sunt păstrați nu mai mult de 1 zi.

Electrozii pentru stimulare și abducție sunt utilizați atât în ​​experimentele acute, cât și în cele cronice. În acest din urmă caz, cu câteva zile înainte de experiment, acestea sunt implantate (implantate) în țesutul obiectului de cercetare. Acest - implantat electrozi.

SENSORI

Senzori - Acestea sunt dispozitive care convertesc diferite cantități fizice într-un semnal electric. Distinge generatorȘi parametrice senzori

Senzori de generator sub o influență sau alta, ei înșiși generează tensiune sau curent electric. Acestea includ următoarele tipuri de senzori: piezoelectric, termoelectric, de inducție și fotoelectric.

Senzori parametrici sub influența funcției măsurate, modifică un parametru al circuitului electronic și modulează (în amplitudine sau frecvență) semnalul electric al acestui circuit. Principalele tipuri de senzori parametrici sunt următoarele: ohmici, capacitivi și inductivi.

Trebuie remarcat faptul că această împărțire a senzorilor este arbitrară, deoarece atât senzorii generatori, cât și senzorii parametrici au fost creați pe baza efectelor termoelectrice și fotoelectrice. De exemplu, fotodiodele și termocuplurile sunt folosite pentru a crea senzori generatori, iar foto- și termistorii sunt folosiți pentru a crea senzori parametrici.

Introducerea diferitelor tipuri de senzori în studiile fiziologice și clinice face posibilă obținerea de informații obiective despre multe funcții ale corpului, de exemplu, contracția musculară, deplasarea centrului de greutate al corpului în timpul redistribuirii sângelui, tensiunea arterială, umplerea sângelui cu sânge. vasele, gradul de saturație a sângelui cu oxigen și dioxid de carbon, zgomote și suflu ale inimii, temperatura corpului și multe altele.

Senzori piezoelectrici. Crearea acestui tip de senzor se bazează pe efectul piezoelectric, care se exprimă astfel: unii dielectrici cristalini (cuarț, sare Rochelle, titanat de bariu) sub influența deformării mecanice sunt capabili să polarizeze și să genereze un curent electric. Un senzor piezoelectric constă dintr-un cristal pe care contactele metalice sunt depuse prin pulverizare pentru a elimina potențialul electric generat de senzor. Când un senzor piezoelectric este deformat folosind un sistem mecanic, pot fi înregistrate diferite tipuri de deplasare, accelerație și vibrație (de exemplu, puls), iar microfoanele piezoelectrice pot fi folosite pentru a înregistra fonoelectrocardiograme .

Senzorii piezoelectrici au o anumită capacitate (100-2000 pf), astfel încât pot distorsiona semnalele cu frecvențe sub câțiva herți. Ele sunt practic inerțiale, ceea ce le permite să fie utilizate pentru studierea proceselor în schimbare rapidă.

Senzori termoelectrici. Acest tip de senzor transformă schimbările de temperatură în curent electric (termocuplu) sau modifică puterea curentului într-un circuit electric sub influența temperaturii (termistoare). Senzorii termoelectrici sunt folosiți pe scară largă pentru măsurarea temperaturilor și determinarea diverșilor parametri ai mediului gazos - debitul, procentul de gaze etc.

Termocuplu constă din doi conductori diferiți conectați unul la altul. Pentru fabricarea acestuia se folosesc diverse materiale: platină, cupru, fier, wolfram, iridiu, constanten, cromel, copel etc. Într-un termocuplu format din cupru și constantan, cu o diferență de temperatură de 100°C între conexiunile sale, apare o forță electromotoare de aproximativ 4 mV.

termistori - Acestea sunt rezistențe semiconductoare care își pot scădea rezistența pe măsură ce temperatura crește. Există rezistențe a căror rezistență crește odată cu creșterea temperaturii, se numesc pozitori. Termistorii sunt produși într-o mare varietate de modele. Termistorii ar trebui să fie incluși în circuitele punților de măsurare DC . Sunt utilizate pe scară largă pentru a crea termometre electrice.

Senzori fotoelectrici sau fotocelule. Acest tip de senzori sunt dispozitive care își modifică parametrii sub influența luminii. Există trei tipuri de fotocelule: 1) cu efect fotoelectric extern, 2) cu un strat de blocare (fotodiode), 3) cu efect fotoelectric intern (fotorezistoare).

Fotocelule cu fotoefect extern sunt cilindri cu vid sau cu gaz . Cilindrul conține doi electrozi: un catod, acoperit cu un strat de metal (cesiu, antimoniu), capabil să emită electroni sub influența luminii (efect fotoelectric extern) și un anod. Fotocelulele de acest tip necesită putere suplimentară pentru a crea un câmp electric în interiorul elementului; sunt conectate la rețeaua DC. Când este expus la lumină, catodul emite electroni, care curg către anod. Curentul generat în acest fel servește ca indicator al intensității fluxului luminos. Celulele solare umplute cu gaz sunt mai sensibile, deoarece fotocurentul din ele este îmbunătățit datorită ionizării gazului de umplere de către electroni. Cu toate acestea, în comparație cu fotocelulele de vid, acestea sunt mai inerțiale.

Fotocelule cu un strat de barieră utilizat într-un număr de dispozitive medicale (de exemplu, monitoare de puls, oximetre etc.). Acest tip de fotocelulă este o placă de fier sau oțel 1, pe care se aplică un strat semiconductor 2. Suprafața stratului semiconductor este acoperită cu o peliculă subțire de metal 4. Unul dintre electrozi este o placă, celălalt este o peliculă metalică pe un semiconductor 5. Pentru a asigura un contact sigur, pelicula din jurul perimetrului este sigilată cu un strat mai gros de metal. 3. La realizarea unei fotodiode, se formează un strat de blocare fie între semiconductor și plachetă, fie între semiconductor și film.

Când o fotodiodă este iluminată, cuantele de lumină scot electronii din semiconductor, care trec prin stratul de blocare și încarcă negativ un electrod; semiconductorul însuși și celălalt electrod capătă o sarcină pozitivă. În consecință, atunci când este iluminată, o fotodiodă devine un generator de energie electrică, a cărei magnitudine depinde de intensitatea fluxului de lumină. Fotocurentul fotodiodelor poate fi crescut semnificativ dacă electrozii fotodiodei se aplică tensiune de la o sursă externă de curent continuu.

Fotorezistente au proprietatea de a-și modifica rezistența activă sub influența fluxului luminos. Au o sensibilitate ridicată într-o gamă largă de radiații de la infraroșu la raze X. Sensibilitatea lor depinde de tensiunea circuitului de măsurare. Fotorezistoarele sunt incluse în circuitul punții de măsurare, care este alimentat de o sursă de curent continuu.O modificare a rezistenței fotorezistorului sub influența luminii perturbă echilibrarea punții, ceea ce duce la o modificare a cantității de curent. curgând prin diagonala de măsurare a podului.

Fotodiodele sunt mai puțin sensibile decât fotorezistoarele, dar și mai puțin inerțiale. Vedere externă a unui senzor cu o celulă foto utilizată pentru tahimetria ritmului cardiac.

Senzori de inducție. Acest tip de senzor este utilizat pentru a măsura viteza mișcărilor liniare și unghiulare, cum ar fi vibrațiile. Forța electromotoare din senzorii de inducție apare proporțional cu viteza de mișcare a conductorului într-un câmp magnetic perpendicular pe direcția liniilor câmpului magnetic sau atunci când câmpul magnetic se mișcă în raport cu conductorul.

Senzori ohmici. Acești senzori sunt capabili să-și modifice rezistența în timpul mișcărilor liniare și unghiulare, precum și în timpul deformării și vibrațiilor.

Există diferite tipuri de senzori ohmici . În reostatică şi poteniometric La senzorii ohmici, o modificare a rezistenței lor se realizează prin deplasarea unui contact în mișcare, care are o legătură mecanică cu obiectul mișcării convertite. Sensibilitatea acestor senzori este relativ scăzută și se ridică la 3-5 V/mm. Precizia conversiei poate fi destul de mare (până la 0,5%) și depinde de stabilitatea tensiunii de alimentare, de precizia de fabricație a rezistenței senzorului, de stabilitatea sa structurală și de alți factori. Acești senzori au un design simplu, dimensiuni și greutate reduse și pot fi conectați la circuite de curent continuu și alternativ. Cu toate acestea, prezența unui contact în mișcare limitează durata de viață a acestor senzori.

Senzori ohmici cu fir (celule tulpinate) nu există niciun act mobil (Fig. 8, G). Sub influența forțelor externe, acești senzori își modifică rezistența prin modificarea lungimii, secțiunii transversale și rezistivității firului metalic. Precizia conversiei este de 1 - 2%. Extensometrele au dimensiuni, masă și inerție mici și sunt convenabile pentru studierea deplasărilor mici.

Pe lângă senzorii de sârmă convenționali, senzorii de sârmă au fost utilizați pe scară largă în ultimii ani. senzori cu semiconductori(de exemplu, gedistori), a căror sensibilitate la deformare este de 100 de ori mai mare decât cea a celor cu fir.

Senzori capacitivi. Principiul de funcționare al acestor senzori se bazează pe faptul că indicatorii fiziologici convertiți (presiunea, modificarea volumului organului) afectează anumiți parametri ai senzorului (constanta dielectrică, suprafața plăcii, distanța dintre plăci) și, prin urmare, îi modifică capacitatea. Acești senzori au o sensibilitate ridicată și o inerție redusă.Folosirea senzorilor capacitivi diferențiali face posibilă creșterea sensibilității și a imunității la zgomot. Acest tip de senzori și-a găsit o largă aplicație în echipamentele electrofiziologice și de diagnosticare. Ele sunt utilizate, de exemplu, în tensiuni arteriale, pletismografe, tensiografe și alte instrumente care sunt concepute pentru a converti mărimi neelectrice care reflectă funcțiile fiziologice în mărimi electrice proporționale. Designul real al unui senzor capacitiv este prezentat în Fig. 2, G și 7, G și în fig. 81 prezintă o diagramă a unei instalaţii pentru înregistrarea motilităţii gastrice cu ajutorul unui senzor capacitiv.

Senzori inductivi. Acțiunea de transformare a acestor senzori se bazează pe proprietatea bobinei inductorului de a-și schimba rezistența. Acest lucru se poate realiza prin introducerea unui miez feromagnetic în acesta sau prin modificarea dimensiunii golului din miezul magnetic pe care se află bobina.

Pentru a converti mișcări relativ mari (mai mult de 5-10 mm), se folosesc senzori inductivi cu miez mobil. . Acest tip de senzor este utilizat în unele modele de balistocardiograf. Pentru a converti mișcări mici (mai puțin de 5 mm), pot fi utilizați senzori cu decalaj variabil al circuitului magnetic . Senzorii inductivi pot fi realizati sub forma unui transformator sau a unui transformator diferential cu doua infasurari opuse. În acest din urmă caz, semnalul de ieșire va fi mai puternic. Senzorii inductivi sunt foarte sensibili. Inerția lor depinde de proprietățile dinamice ale elementelor în mișcare ale senzorului.

DIAGRAME DE MĂSURARE

Orice tip de senzor care convertește o anumită funcție într-un semnal electric trebuie inclus în circuitul de măsurare. Cele mai utilizate circuite de măsurare sunt: circuit de punte cu alimentare DC sau AC, circuit diferential, și circuit oscilator, care includ instrumente de măsurare (înregistrare). Sensibilitatea circuitelor de măsurare diferențială este mai mare decât cea a circuitelor în punte.

Astfel, instrumentele electrice utilizate pentru măsurarea cantităților neelectrice de diferite funcții constau dintr-un senzor, un circuit de măsurare și un contor sau înregistrator. Adesea semnalul de ieșire al senzorului, având o valoare mică, nu poate fi înregistrat de circuitul de măsurare, astfel încât în ​​acesta sunt introduse amplificatoare DC sau AC.

Transformarea proceselor neelectrice în cele electrice oferă oportunități ample pentru înregistrarea acestora. Acest lucru se explică nu numai prin avantajele pur tehnice, ci și prin acuratețea măsurării valorilor înregistrate, comoditatea comparării datelor din diferite experimente și posibilitatea procesării lor cu ajutorul computerelor. Este important ca această metodă să permită înregistrarea sincronă a proceselor electrice și neelectrice în aceleași coordonate de timp, comparându-le, identificând relațiile cauză-efect existente între ele etc., adică oferă noi oportunități pentru studiul fiziologic. proceselor.

AMPLIFICATORI

Activitatea electrică a obiectelor biologice și parametrii electrici ai multor senzori care convertesc procesele neelectrice în cele electrice se caracterizează prin valori relativ mici: puterea curentului - mili- și microamperi, tensiunea - mili-microvolți. Prin urmare, înregistrarea lor fără amplificare prealabilă este extrem de dificilă sau chiar imposibilă. Pentru a amplifica semnale electrice mici, utilizați amplificatoare Sunt necesare pentru multe circuite de măsurare și sunt construite folosind tuburi vidate sau dispozitive semiconductoare.

Să ne uităm pe scurt la principiul de funcționare al unei triode și al unui amplificator proiectat pe baza acestei lămpi. . Dacă circuitul de filament al triodei (A) porniți sursa de alimentare, catodul se încălzește și emite electroni, adică a emisia de electroni a catodului (B). Când o sursă de curent continuu este pornită suplimentar între anod și catod, electronii emiși de catodul încălzit se deplasează către anod, ceea ce provoacă aspectul curentului o anumită putere (ÎN). Puterea acestui curent poate fi controlată prin aplicarea unei tensiuni rețelei triode. Dacă se aplică un potențial pozitiv grilei triodei, fluxul de electroni de la catod la anod și curentul care trece prin lampă (curent anod) crește (G), la un potențial negativ pe rețea, fluxul de electroni și curentul scad (C).

Pentru a înregistra modificările curentului care trece prin triodă și a-l converti într-o tensiune în schimbare, în circuitul anodului este inclusă o rezistență. R a ( E ), a cărui valoare afectează în mod semnificativ proprietățile etajului amplificatorului. Să presupunem că la intrarea amplificatorului se aplică o tensiune alternativă V BX egală cu 1 V. Aceasta provoacă o modificare a curentului anodic cu 0,001 A; iar rezistența circuitului anodic este de 10 kOhm, atunci căderea de tensiune pe această rezistență va fi egală cu 10 V. Dacă o rezistență crește la 100 kOhm și alte condiții egale, căderea de tensiune va fi de 100 V. În consecință, în primul caz, tensiunea de intrare este amplificată cu 10, iar în al doilea – de 100 de ori, adică. câștigul va fi de 10, respectiv 100.

În cazurile în care o etapă a amplificatorului nu oferă câștigul necesar, utilizați amplificatoare cu mai multe trepte. Comunicarea între trepte în amplificatoarele de curent alternativ se realizează prin condensatoare de cuplare C 1 Și C 2, cu ajutorul căruia componenta alternativă a tensiunii anodice din treapta anterioară este transferată la intrarea următoarei. Amplificatoarele DC nu au condensatoare de cuplare. Câștigul întregului amplificator depinde de câștigul etapelor individuale, numărul acestora și este determinat de produsul câștigurilor tuturor treptelor amplificatorului.

Amplificatoarele acționează ca o legătură intermediară între obiectul de studiu (precum electrozi, senzori) și înregistratoare, adică reprezintă legătură. Ele nu ar trebui să denatureze natura procesului studiat. Prin urmare, înainte de a trece la caracteristicile tehnice ale amplificatorului, este necesar să cunoașteți proprietățile electrice ale semnalului (biopotențialul) unui obiect viu sau senzor și, de asemenea, să luați în considerare rezistența internă a sursei de semnal.

O caracteristică destul de completă a semnalului este dată de formula care determină volumul semnalului: V = TFH, unde V – volumul semnalului (biopotențial), T – durata acestuia, F – lățimea spectrului de frecvență a semnalului N – excesul de amplitudine a semnalului față de zgomot. Un canal de comunicație poate fi caracterizat și prin trei mărimi: T k - timpul în care canalul își îndeplinește funcțiile, F K - banda de frecvență pe care canalul este capabil să o transmită și N k – bandă de niveluri în funcție de limitele de sarcină admise, adică sensibilitatea minimă și amplitudinea maximă a semnalului furnizat la intrarea amplificatorului.Produsul acestor cantități se numește capacitatea canalului: V K = G k F K I k

Transmiterea unui semnal printr-un canal de comunicație (prin intermediul unui amplificator) este posibilă numai dacă principalele caracteristici ale semnalului nu depășesc limitele corespunzătoare ale caracteristicilor canalului de comunicație. Dacă parametrii semnalului depășesc caracteristicile canalului de comunicație, atunci transmiterea semnalului prin acest canal fără pierdere de informații este imposibilă.

Unele influențe ale amplificatorului asupra caracteristicilor amplitudine-timp ale semnalului sunt ilustrate în Fig. 12.

Potențialul superior și inferior din fiecare figură au fost înregistrate simultan de la un electrod folosind două amplificatoare identice, care aveau constante de timp de intrare diferite. Parametrii potențialelor evocate și caracteristicile amplificatoarelor sunt prezentate sub forma unui tabel, echivalentele geometrice ale acelorași potențiale sunt prezentate în Fig. 13.

În ciuda faptului că același potențial a fost înregistrat în fiecare cadru, caracteristicile amplitudine-timp ale înregistrărilor rezultate diferă considerabil unele de altele, ceea ce este determinat doar de parametrii amplificatoarelor. Amplificatorul cu care au fost înregistrate înregistrările inferioare avea parametri care depășesc caracteristicile semnalului, astfel încât potențialele evocate au fost înregistrate fără distorsiuni. Amplificatorul cu care au fost înregistrate înregistrările superioare avea parametri diferiți, dar în toate cazurile nu depășea caracteristicile semnalului, astfel încât potențialele evocate erau distorsionate (pierderea de informații).

Valoarea rezistenței interne a sursei de semnal, care depinde nu numai de proprietățile obiectului de studiu, ci și de proprietățile circuitelor de ieșire (de exemplu, dimensiunea, forma și rezistența electrozilor, firele de comutare etc. .), poate fi prezentat în exemplul următor. Dacă rezistența internă a sursei de semnal este mai mare sau egală cu rezistența de intrare a amplificatorului, atunci semnalul nu va fi înregistrat deloc sau amplitudinea acestuia va fi redusă semnificativ. Prin urmare, uneori devine necesară creșterea semnificativă a impedanței de intrare a amplificatorului. In aceste cazuri se folosesc amplificatoare cu adepta catod, iar in circuitele de tranzistori, cu adepta de emitator realizat pe tranzistoare cu efect de camp.

Există două tipuri de amplificatoare cel mai frecvent utilizate în laboratoarele de fiziologie: amplificatoare AC și amplificatoare DC.

amplificatoare AC. Amplificatoarele de acest tip constau din mai multe trepte de amplificare conectate între ele folosind condensatori de cuplare. Astfel de dispozitive sunt folosite pentru a amplifica componentele variabile ale semnalului datorită capacității lor de a trece frecvențe de la 0,1 Hz la 10-15 kHz. De obicei, au un câștig mare și pot amplifica semnalul de intrare de milioane de ori, permițând înregistrării clare semnalelor cu amplitudini inițiale de câțiva microvolți. Câștigul și lățimea de bandă de frecvență sunt de obicei ajustabile. Exemple de amplificatoare produse pe plan intern includ UBP-1-03, UBF-4-03. Aceste dispozitive sunt folosite pentru a spori biopotenţialele creierului şi inimii, precum şi semnalele generate de diverşi senzori; în ceea ce privește caracteristicile de ieșire, acestea sunt ușor în concordanță cu majoritatea înregistratoarelor domestice.

amplificatoare DC. Aceste amplificatoare nu au condensatoare de cuplare. Există o conexiune galvanică între cascadele individuale, astfel încât limita inferioară a frecvențelor transmise ajunge la zero. În consecință, acest tip de amplificator poate amplifica vibrațiile arbitrar lente. În comparație cu amplificatoarele de curent alternativ, aceste amplificatoare au un câștig semnificativ mai mic. De exemplu, UBP-1-0.2 are un câștig pentru curent alternativ de 2,5-1 0 6, iar pentru curent continuu - 8 10 3. jto se datorează faptului că într-un amplificator de curent continuu, pe măsură ce câștigul crește, stabilitatea funcționării scade și apare o deriva zero. Prin urmare, ele sunt utilizate pentru a amplifica semnale a căror magnitudine depășește 1 mV (de exemplu, potențialul de membrană al neuronilor, fibrelor musculare și nervoase etc.).

DISPOZITIVE DE ÎNREGISTRARE (ÎNREGISTRATORI) ÎN UZ GENERAL

Recorderele sunt necesare pentru a transforma potențialele electrice care le vin de la electrozii de ieșire sau senzorii (de obicei după amplificarea necesară) în procese percepute de simțurile noastre. Înregistratoarele pot transforma și afișa procesul sau funcția studiată sub diferite forme, de exemplu, în deviația unui instrument de măsurare, afișaj digital, deviația fasciculului pe ecranul osciloscopului, înregistrarea grafică pe hârtie, bandă fotografică sau magnetică, precum și în forma semnalelor luminoase sau sonore etc.

În majoritatea tipurilor de înregistratoare, elementele principale sunt: ​​un convertor al energiei oscilațiilor potențialelor electrice în cele mecanice (galvanometru, vibrator), un instrument de înregistrare (un stilou cu cerneală, un jet de cerneală, o tijă de scris, un fascicul de electroni). , etc.) și un mecanism de desfășurare în timp a procesului (mecanism cu bandă, măturare electronică). În plus, reportofonele moderne pot conține o serie de unități și sisteme auxiliare, cum ar fi întrerupătoare, amplificatoare, calibratoare de câștig și timp, sisteme optice pentru fotografie etc.

În echipamentele de înregistrare medicală, sunt cele mai utilizate trei tipuri de convertoare, create pe baza a trei principii diferite de transformare a energiei oscilațiilor potențialelor electrice.

1. Utilizarea forței care acționează asupra unui conductor purtător de curent sau feromagnet într-un câmp magnetic. Pe baza acestui principiu, sunt proiectate diverse sisteme de galvanometre și vibratoare, care sunt utilizate în osciloscoapele de scriere în buclă și cu cerneală (recordere).

2. Utilizarea devierii fluxului de electroni (fascicul de electroni) într-un câmp electric și electromagnetic. Acest principiu este implementat folosind tuburi catodice, care sunt partea principală a osciloscoapelor electronice (catodice).

3. Utilizarea proprietății materialelor feromagnetice de a fi magnetizate sub influența unui câmp magnetic și menținerea acestuia stat. Pe acest principiu sunt proiectate diferite tipuri de magnetografe și magnetografe.

Galvanometre și vibratoare. Aceste dispozitive au același principiu de funcționare, dar diferă în design și, prin urmare, diferă semnificativ unele de altele în sensibilitate, inerție și capacitatea de a reproduce semnale de frecvențe diferite. Există galvanometre și vibratoare ale sistemelor magnetoelectrice și electromagnetice.

sistem magnetoelectric Conversia semnalelor electrice într-un efect mecanic se realizează prin mișcarea unui conductor (prin care trece un curent electric) într-un câmp magnetic constant. Conductorul curentului electric poate fi realizat sub forma unui șir subțire, a unei bucle sau a unui cadru cu mai multe ture. Pentru proiectarea vibratoarelor magnetoelectrice se folosește un cadru cu mai multe ture.

În galvanometre (vibratoare) sistem electromagnetic câmp magnetic în care este plasat un feromagnet 8, creat de un magnet permanent 1 si infasurare speciala 4. Această înfășurare, când trece un curent electric prin ea, creează un câmp electromagnetic, ale cărui proprietăți sunt determinate de direcția intensității curentului care trece prin înfășurare. Când aceste câmpuri interacționează, se creează un cuplu, sub influența căruia se mișcă armătura feromagnetică.

Utilizarea diverselor sisteme capabile să afișeze mișcarea elementelor în mișcare ale galvanometrelor (vibratoare) permite proiectarea diferitelor tipuri de înregistratoare, de exemplu, galvanometru cu corzi, galvanometru cu oglindă, osciloscop cu buclă, înregistratoare cu înregistrare direct vizibilă (pen, inkjet, copiere, termică, tipărită etc.).

Galvanometru cu corzi. În aceste dispozitive, direcția de mișcare a unui șir într-un câmp magnetic puternic este determinată de direcția curentului aplicat acestuia, iar cantitatea de mișcare este determinată de puterea curentului care trece prin acesta. Vibrațiile șirului pot fi proiectate pe un ecran folosind un sistem optic, iar pentru înregistrare - pe hârtie fotografică sau film în mișcare.

Galvanometrele cu corzi au o inerție relativ scăzută; modelele lor avansate sunt capabile să reproducă semnale cu frecvențe de până la 1000 Hz. Sensibilitatea lor depinde de mărimea câmpului magnetic și de proprietățile corzii (elasticitate și diametru). Cu cât sfoara este mai subțire (2-5 microni) și cu cât câmpul magnetic este mai puternic, cu atât sensibilitatea galvanometrului cu corzi este mai mare. Multe galvanometre cu corzi sunt atât de sensibile încât pot fi folosite fără amplificatoare. Anterior, acestea erau folosite pentru a înregistra electrocardiogramele și potențialele membranei celulare.

Galvanometru cu oglindă. Dacă atașați o mică oglindă luminoasă la un cadru cu buclă sau cu mai multe ture 6, apoi, când trece curentul, acesta se va mișca împreună cu bucla sau cadrul (direcția de mișcare din Fig. 14 este indicată de o săgeată). Un fascicul de lumină este îndreptat spre oglindă cu ajutorul unui iluminator, iar fasciculul reflectat (iepurașul) este proiectat pe un ecran translucid, folosind o scară pentru a aprecia direcția și magnitudinea deviației fasciculului reflectat. În acest caz, galvanometrele cu oglindă pot fi folosite ca dispozitive de înregistrare independente.

În prezent, galvanometrele cu oglindă sunt folosite ca dispozitive de ieșire în așa-numitele osciloscoape cu buclă.

Pentru a înregistra și a monitoriza progresul în studiu, osciloscoapele cu buclă folosesc un sistem optic special . De la lampa iluminatorului 1 fascicul de lumină prin lentila 2 și diafragmă 3 folosind o oglindă 4 este îndreptată către oglinda galvanometru 5 și lentilă 6 este împărțit în două mănunchiuri. Un fascicul de lumină este focalizat de lentila 7 pe suprafața hârtiei fotografice în mișcare (film), care este trasă de un mecanism cu bandă. 8. Al doilea fascicul folosind o lentilă cilindrică - prismă 9 este direcționat pe un tambur de oglindă cu mai multe fațete rotative 10 și, reflectându-se din el, cade pe ecranul mat 11. Datorită rotației tamburului oglinzii, procesul studiat este afișat pe ecran și este utilizat pentru observarea vizuală.

Combinația galvanometrelor cu corzi și oglindă cu sisteme optice face posibilă înregistrarea proceselor studiate prin metoda fotografică sau metoda înregistrării ultraviolete. Acesta din urmă vă permite să obțineți o înregistrare vizibilă la câteva secunde după expunere fără dezvoltare.

Recordere cu înregistrare direct vizibilă. La reportofoarele de acest tip, convertoarele electrice de semnal sunt vibratoare magnetoelectrice (cadru) sau electromagnetice, pe elementele mobile ale cărora, în loc de oglindă, sunt atașate diverse instrumente de înregistrare.

Recordere cu stilou cu cerneală. Acest tip de dispozitiv este utilizat pe scară largă în înregistrarea funcțiilor fiziologice. În ele, stiloul 5 este montat pe un cadru sau armătură feromagnetică 2, care sunt situate în câmpul magnetic 1 . Pena este conectată printr-un tub elastic 4 cu rezervor de cerneală 3. Procesul studiat este înregistrat pe bandă de hârtie 6. Înregistratoarele cu stilou cu cerneală sunt ușor de utilizat și destul de potrivite pentru rezolvarea multor probleme. Sunt utilizate cu succes în electroencefalografe, electrocardiografie, electrogastrografe și alte dispozitive. Cu toate acestea, reportofonele cu stilou cu cerneală au o serie de dezavantaje semnificative. Sunt inerțiale și nu permit înregistrarea vibrațiilor electrice cu o frecvență care depășește 150 Hz. În acest sens, ele sunt nepotrivite, de exemplu, pentru înregistrarea proceselor rapide, cum ar fi biocurenții nervilor și celulelor nervoase etc. În plus, înregistrarea cu stilou cu cerneală (fără corecție specială) introduce distorsiuni radiale în procesul studiat, cauzate prin mişcarea arcuită a stiloului pe hârtie.

Metoda de înregistrare cu jet de cerneală. Această metodă se bazează pe trecerea unui jet de cerneală sub o presiune de 20 kg/cm2 printr-un capilar (diametru 5-8 microni), montat pe un vibrator: cerneala, căzând pe o bandă de hârtie în mișcare, lasă o urmă sub formă a unei curbe a procesului studiat.

Metoda de înregistrare cu jet de cerneală este foarte sensibilă și are o inerție scăzută. Vă permite să combinați confortul înregistrării vizibile cu capacitatea de a înregistra semnale electrice într-o gamă largă de frecvențe (de la 0 la 1500 Hz). Cu toate acestea, aceste recordere necesită utilizarea de cerneală specială de foarte înaltă calitate (uniformitate a compoziției).

La toate aparatele de înregistrare cu înregistrare direct vizibilă, viteza de mișcare a suportului de înregistrare (hârtia) este determinată de scanare mecanică și nu depășește 200 mm/s, în timp ce desfășurarea proceselor rapide necesită viteze mari de înregistrare, ceea ce se realizează cu ajutorul scanării electronice. în osciloscoapele catodice.

Osciloscoape electronice (catodice). Acestea sunt dispozitive de înregistrare universale. Sunt practic lipsite de inerție și, datorită prezenței amplificatoarelor, au o sensibilitate ridicată. Aceste dispozitive vă permit să studiați și să înregistrați oscilații lente și rapide ale potențialelor electrice cu o amplitudine de până la 1 μV sau mai puțin. Dispozitivul de înregistrare a ieșirii osciloscopului catodic este tub catodic cu deflexie electrostatică sau electromagnetică a fasciculului de electroni.

Principiul de funcționare al unui tub catodic este interacțiunea unui flux de electroni emis de catod și focalizat de un sistem de lentile electronice cu câmpul electrostatic sau electromagnetic al electrozilor deflectori.

Un tub catodic este format dintr-un recipient de sticlă, în interiorul căruia, în vid înalt, se află o sursă de electroni și un sistem de electrozi (ghiduri, focalizare și deflectoare) care controlează fasciculul de electroni.

Sursa de electroni este catodul 2, încălzit cu filament 1. Electroni încărcați negativ prin grila de control 3 atras de un sistem de anozi încărcați pozitiv 4, 5 Și 6. În acest caz, din electroni se formează un fascicul de electroni, care trece între verticala 7 și orizontală 8 plăci de deviere și este direcționat către ecranul 9, acoperit cu fosfor (o substanță care are capacitatea de a străluci atunci când interacționează cu electronii). Grila de control 3 are un potențial negativ în raport cu catodul, a cărui valoare este reglată de un potențiometru 10. La modificarea (folosind un potențiometru) potențialul rețelei, se modifică densitatea fluxului de electroni în fasciculul de electroni și, în consecință, luminozitatea fasciculului de pe ecran. Fasciculul de electroni este focalizat de un potențiometru 10 , adică datorită unei modificări a potențialului pozitiv la al doilea anod 5.

Plăcile de deviere orizontale și verticale controlează mișcarea fasciculului electric în planul orizontal și respectiv vertical, pentru care le sunt furnizate potențiale de la amplificatoare orizontale (b, x 1Și x 2)și verticală (a, y 1Și y 2) devierea fasciculului. Dacă pe plăcile de deviere orizontale se aplică o tensiune cu dinți de ferăstrău, fasciculul osciloscopului se va deplasa în plan orizontal de la stânga la dreapta. Schimbând modul de funcționare al generatorului de tensiune din dinți de ferăstrău, puteți regla viteza de măturare, adică viteza cu care fasciculul trece pe ecranul osciloscopului. Acest lucru este necesar deoarece procesele (semnalele) studiate au parametri timp-frecvență diferiți.

Procesul studiat (semnal) este de obicei alimentat la plăci de deviere verticale, care mișcă fasciculul în sus sau în jos, în funcție de semnul și mărimea tensiunii aplicate acestora. Astfel, potențialele aplicate plăcilor controlează mișcarea fasciculului de-a lungul orizontalei ( X) și vertical ( la) axele, adică ele desfășoară procesul studiat.

Înregistrarea proceselor studiate de pe ecranul unui osciloscop catodic se efectuează fotografic folosind camere luminoase sau camere speciale.

Magnetografii.Înregistrarea proceselor electrice pe bandă feromagnetică este convenabilă deoarece informațiile înregistrate în acest mod pot fi stocate timp îndelungat și reproduse de mai multe ori. Cu ajutorul diferitelor recordere, poate fi convertit într-o înregistrare vizibilă cu diferite scale de scanare. Aceste informații pot fi procesate după încheierea experimentului folosind diverse dispozitive automate și calculatoare electronice. Magnetografele vă permit, de asemenea, să înregistrați protocolul experimental.

MAȘINI ELECTRONICE DE CALCUL

În condițiile moderne, calculatoarele sunt parte integrantă a laboratoarelor de cercetare, deoarece calculatoarele electronice măresc semnificativ eficiența cercetătorilor.Datele despre procesul studiat pot fi introduse în diferite moduri: manual (când parametrii amplitudine-timp precalculați, de exemplu, electrocardiogramele sunt introduse de la tastatura computerului ) sau de pe un mediu de stocare intermediar (de exemplu, de pe o cartelă perforată sau o bandă perforată pe care este codificată informația).

Cu toate acestea, este cel mai convenabil și economic să introduceți informații într-un computer folosind un dispozitiv special - un convertor amplitudine-digital (ADC). Un convertor amplitudine-digital transformă parametrii amplitudine-timp ai procesului studiat (de exemplu, amplitudinea și durata diferitelor componente ECG) într-un cod digital, care este perceput, analizat și procesat de un procesor de computer. Informațiile prelucrate matematic (conform programelor date) într-un computer pot fi prezentate sub diferite forme: sub forma unui tabel tipărit pe un dispozitiv de imprimare digitală; sub forma unui grafic construit de un plotter; ca o imagine pe un ecran de afișare sau sub altă formă. În același timp, cercetătorul este eliberat de munca de rutină nu numai în măsurarea, calcularea și analiza matematică a rezultatelor, ci și de nevoia de a alcătui tabele și de a face grafice.

DISPOZITIVE SPECIALE

Dispozitivele cu scop special sunt de obicei concepute pentru a înregistra o singură funcție sau proces, de exemplu, o electrocardiogramă, electroencefalogramă, electrogastrogramă etc. Un astfel de echipament specializat este de obicei compact, ușor de operat și convenabil pentru studii clinice. Este format din diverse blocuri (sisteme) de uz general, astfel încât cunoașterea structurii fundamentale a blocurilor individuale facilitează înțelegerea funcționării dispozitivelor cu scop special. Structura generală a unui dispozitiv special include electrozi sau un senzor, un comutator, un amplificator, un înregistrator și o sursă de alimentare. O cunoaștere mai detaliată a fiecărui dispozitiv se realizează folosind instrucțiunile de utilizare furnizate împreună cu dispozitivul.

Stimulatori electrici. Pentru stimularea electrică a obiectelor biologice s-au folosit bobine de inducție până la mijlocul acestui secol, care acum au fost complet înlocuite. stimulatoare electrice. Un stimulator electric este unul dintre cele mai comune și necesare dispozitive. Oferă condiții optime pentru iritația țesuturilor (cu traumatisme minime în timpul stimulării prelungite) și este convenabil de utilizat.

În scopuri de cercetare, se recomandă utilizarea unui stimulator, care, în funcție de condițiile experimentale, poate servi fie generator de curent, sau generator de tensiune. Rezistența internă a dispozitivului de ieșire al unui astfel de stimulator poate fi modificată în conformitate cu obiectivele experimentului. Ar trebui să fie fie de 30-40 de ori mai mare decât rezistența obiectului de cercetare (când funcționează în modul „generator de curent”), fie de același număr de ori mai mică (în modul „generator de tensiune”). Cu toate acestea, astfel de stimulatoare universale sunt complexe și greoaie, așa că într-un atelier fiziologic este mai bine să folosiți dispozitive mai simple.

Stimulatorul este format din mai multe blocuri (cascade), al căror scop fundamental nu depinde de tipul de stimulator. Să luăm în considerare scopul cascadelor individuale ale stimulatorului și organele de control asociate cu acestea folosind exemplul stimulatorului fiziologic pulsat SIF-5.

Generatorul de frecvență de repetare a impulsurilor (oscilator principal) este adesea proiectat folosind un circuit multivibrator; poate funcționa în modurile de așteptare și continuu. Când funcționează în modul de așteptare, oscilatorul principal poate genera impulsuri sau când este apăsat butonul „Start”. 9, sau când semnalele de declanșare sunt furnizate la intrarea multivibratorului de la o altă sursă de impuls. În primul caz, se generează un singur impuls, în al doilea, frecvența impulsurilor va corespunde cu frecvența semnalelor de declanșare. În timpul funcționării continue 8 Oscilatorul principal al stimulatorului generează impulsuri continuu, frecvența acestora / poate fi schimbată de la fracțiuni de hertz la câteva sute de herți.

Impulsurile de la oscilatorul principal sunt transmise la următoarea etapă a stimulatorului - etapa de întârziere și pot fi, de asemenea, utilizate pentru a declanșa măturarea osciloscopului (impuls de sincronizare 10), În stadiul de întârziere 2 Pulsul oscilatorului principal poate fi întârziat pentru o perioadă de 1-1000 ms. Cascada de întârziere permite (de exemplu, când se studiază potențialele evocate) să se stabilească potențialul pe ecranul osciloscopului într-un loc convenabil pentru înregistrare, indiferent de viteza de baleiaj a osciloscopului.

Impulsurile din cascada de întârziere pot fi utilizate pentru a declanșa alți stimulatori dacă în experiment sunt utilizați mai mulți stimulatori și funcționarea lor trebuie sincronizată. În plus, impulsurile sunt furnizate de la etapa de întârziere la intrarea etapei de generare a semnalului de ieșire. În această cascadă, se formează impulsuri de formă dreptunghiulară (sau de altă natură), cu o anumită durată 3, sunt apoi transmise unui amplificator de putere, care permite reglarea amplitudinii lor 4.

De la ieșirea stimulatorului 5 prin fire de legătură și electrozi de stimulare se transmit obiectului de studiu impulsuri de forma, durata și amplitudinea cerute. Polaritatea de ieșire 6 poate fi schimbat. Pentru a reduce artefactul de stimulare, unele tipuri de stimulatoare au transformatoare de izolare 7, altele au dispozitive de ieșire de înaltă frecvență.

Stimulanti de alte tipuri sunt, de asemenea, folosiți atât în ​​scopuri educaționale, cât și în scopuri de cercetare, de exemplu, NSE-01, EST-10A, IS-01 etc.

În plus față de stimulatoarele de puls, experimentele fiziologice folosesc fotografie-Și fonostimulatoare. Designul lor este în multe privințe similar cu cel al unui stimulator de puls. Diferența este în principal în structură bloc de ieșire, generând semnale luminoase într-un fotostimulator sau semnale sonore într-un fonostimulator.

Ergometre. Pentru a crea o sarcină funcțională asupra organelor, sistemelor și corpului în ansamblu, acestea sunt utilizate pe scară largă. ergometre tipuri variate. Acestea vă permit să creați încărcătură funcțională locală sau generală, să dozați și să determinați valoarea acesteia. Cele mai comune dispozitive de acest tip sunt ergograf pentru degete, ergometre pentru bicicleteȘi banda de alergare. Există benzi de alergare (benzi de alergare) si pentru animale.

Camere de luat vederi. Camerele foto în diverse scopuri sunt utilizate pe scară largă pentru a crea anumite condiții pentru obiectul de studiu. Exista camere izolate fonic, camere termice, camere hiperbare cu presiune inalta si joasa, camere cu instalatii de fascicule si sunet etc. În prezent, au fost proiectate camere care fac posibilă crearea microclimat artificialși studiază reacțiile obiectului de cercetare la diverse influențe.

REGULI DE BAZĂ PENTRU OPERAREA ECHIPAMENTULUI ELECTRONIC

Pe lângă regulile generale de manipulare a echipamentului, în fiecare caz individual este necesar să vă familiarizați mai întâi cu regulile de utilizare a unui dispozitiv necunoscut și abia apoi să începeți să lucrați cu acesta. Acest lucru este de o importanță deosebită într-un cadru clinic, deoarece unele dispozitive, dacă sunt manipulate necorespunzător, reprezintă un pericol pentru pacient (un dispozitiv pentru studierea excitabilității nervilor și mușchilor - un pulsator electric și o serie de altele). Regulile de bază sunt următoarele.

Înainte de a conecta dispozitivul la rețea este necesar: ​​1) asigurați-vă că tensiunea rețelei corespunde tensiunii pentru care este proiectat dispozitivul sau pentru care transformatorul său de putere este comutat în prezent; 2) conectați dispozitivul la împământare, adică conectați terminalul (sau priza de împământare) la magistrala buclei de împământare sau la rețeaua de alimentare cu apă (în niciun caz dispozitivele nu trebuie împământate la elementele de cablare cu gaz); 3) verificați toate firele de alimentare de la rețea (izolația este în stare bună și ștecherele sunt prezente); este strict interzisă conectarea capetelor goale ale cablurilor în prize; 4) verificați firele destinate comutării dispozitivelor și alcătuirii unui circuit de lucru (nu trebuie să aibă locuri lipsite de izolație); 5) verificați comutatoarele comutatoare și alte comutatoare de rețea ale tuturor dispozitivelor - acestea trebuie să fie în poziția „oprit”.

Dispozitivele trebuie conectate la rețea folosind comutatoare situate pe dispozitive.

După pornirea dispozitivelor, ar trebui: 1) să verificați cu ajutorul indicatoarelor luminoase dacă toate dispozitivele au primit alimentare (dacă indicatorul nu se aprinde, trebuie să contactați profesorul și să determinați în comun cauza defecțiunii; cel mai adesea aceasta se datorează faptului că siguranța arsă a dispozitivului sau becul indicator); 2) rețineți că dispozitivele electronice cu tuburi încep să funcționeze stabil numai după preîncălzire timp de 15-30 de minute; pentru majoritatea dispozitivelor cu tranzistori această perioadă este de până la 2-5 minute.

Job 1

Subiect: „Testarea sarcinilor într-un experiment fiziologic”

Ţintă: studiază cele mai cunoscute metode de testare și modele combinate și teste utilizate pentru a studia rezistența fizică la animalele de laborator, stabilitatea emoțională și anxietatea.

Întrebări pentru auto-studiu

1. Condiții și procedură de evaluare a performanței submaximale (test RWC 170).

2. Testarea rezistenței fizice la animale de laborator (alergare pe bandă de alergare, înot). Sens.

3. Testați „Câmp deschis”. Descrierea și semnificația sa.

4. Esența testului multiparametric, descrierea acestuia.

Literatură

Job 2

Subiect: „Echipamente și metode pentru studiul funcțiilor electrofiziologice”

Ţintă: familiarizați-vă cu condițiile și tendințele în apariția și dezvoltarea electrofiziologiei, introducând domeniul de aplicare a utilizării practice a echipamentelor. Studiul metodelor electrofiziologice.

Întrebări pentru auto-studiu

1. Subiectul și sarcinile electrofiziologiei.

2. Apariția și primii pași ai electrofiziologiei.

3. Domenii de utilizare practică a electrofiziologiei.

4. Scheme de conexiuni între aparate și obiecte de studiu.

5. Echipamente electronice și reguli de funcționare a echipamentelor electronice.

6. Metode electrofiziologice (alocarea și înregistrarea biopotențialelor extracelulare și intracelulare, metoda potențialului evocat, electroencefalografie, electrocarunografie).

Literatură

1. Batuev A.S. Activitate nervoasă mai mare. M., 1991

2. Amplu atelier de fiziologie umană și animală. / Ed. B.A. Kudryashova - M.: Școala superioară, 1984.

3. Guminsky A.A., Leontyeva N.N., Marinova K.V. Ghid de exerciții de laborator de fiziologie generală. – M.: Educație, 1990.

4. Mic atelier de fiziologie umană și animală. / Ed. LA FEL DE. Batueva - Sankt Petersburg: Editura Universității de Stat din Sankt Petersburg, 2001.

5. Metode și experimente de bază pentru studiul creierului și comportamentului. J. Buresh, O. Bureshiva, D. Houston / Traducere din engleză. – M.: Liceu, 1991.

6. Metode de cercetare în psihofiziologie. / Ed. LA FEL DE. Batueva - Sankt Petersburg, 1994

7. Metode de neurofiziologie clinică. / Ed. V.B. Grechina - L., 1977

8. Curs general de fiziologie umană și animală. În 2 T. / Ed. IAD. Nozdracheva - M., 1991

9. Atelier de fiziologie normală. / Ed. PE. Agadzhanyan - M.: Editura RUDN, 1996.

Job 3

Subiect: „Tehnici metodologice utilizate la efectuarea unui experiment cronic”

Ţintă: studiază aspectele teoretice de bază legate de tehnicile operatorii practicate în fiziologia experimentală.

Întrebări pentru auto-studiu

1. Condiții.

2. Plasarea fistulei. Tehnica de aplicare a diferitelor tipuri de suturi.

3. Anastomoze nervoase, neuromusculare, neurovasculare și neuroglandulare eterogene.

4. Perfuzia țesuturilor și organelor.

5. Canulare.

6. Introducerea atomilor marcați și a substraturilor biologice.

7. Tomografia cu emisie de pozitroni.

Literatură

1. Batuev A.S. Activitate nervoasă mai mare. M., 1991

2. Amplu atelier de fiziologie umană și animală. / Ed. B.A. Kudryashova - M.: Școala superioară, 1984.

3. Guminsky A.A., Leontyeva N.N., Marinova K.V. Ghid de exerciții de laborator de fiziologie generală. – M.: Educație, 1990.

4. Mic atelier de fiziologie umană și animală. / Ed. LA FEL DE. Batueva - Sankt Petersburg: Editura Universității de Stat din Sankt Petersburg, 2001.

5. Metode și experimente de bază pentru studiul creierului și comportamentului. J. Buresh, O. Bureshiva, D. Houston / Traducere din engleză. – M.: Liceu, 1991.

6. Metode de cercetare în psihofiziologie. / Ed. LA FEL DE. Batueva - Sankt Petersburg, 1994

7. Metode de neurofiziologie clinică. / Ed. V.B. Grechina - L., 1977

8. Curs general de fiziologie umană și animală. În 2 T. / Ed. IAD. Nozdracheva - M., 1991

9. Atelier de fiziologie normală. / Ed. PE. Agadzhanyan - M.: Editura RUDN, 1996.

Job 4

Subiect: „Metode electrofiziologice”

Întrebări pentru auto-studiu

1. Istoria studiului fenomenelor bioelectrice.

2. Generatoare electrice de curent și tensiune.

3. Electrozi & amp;

4. Dispozitive de înregistrare.

5. Tehnologia microelectrozilor și producția de microelectrozi.

6. Instalație complexă universală fiziologică.

7. Tehnica stereotactică. Atlasuri stereotactice.

Literatură

1. Batuev A.S. Activitate nervoasă mai mare. M., 1991

2. Amplu atelier de fiziologie umană și animală. / Ed. B.A. Kudryashova - M.: Școala superioară, 1984.

3. Guminsky A.A., Leontyeva N.N., Marinova K.V. Ghid de exerciții de laborator de fiziologie generală. – M.: Educație, 1990.

4. Mic atelier de fiziologie umană și animală. / Ed. LA FEL DE. Batueva - Sankt Petersburg: Editura Universității de Stat din Sankt Petersburg, 2001.

5. Metode și experimente de bază pentru studiul creierului și comportamentului. J. Buresh, O. Bureshiva, D. Houston / Traducere din engleză. – M.: Liceu, 1991.

6. Metode de cercetare în psihofiziologie. / Ed. LA FEL DE. Batueva - Sankt Petersburg, 1994

7. Metode de neurofiziologie clinică. / Ed. V.B. Grechina - L., 1977

8. Curs general de fiziologie umană și animală. În 2 T. / Ed. IAD. Nozdracheva - M., 1991

9. Atelier de fiziologie normală. / Ed. PE. Agadzhanyan - M.: Editura RUDN, 1996.

Job 5

Subiect: „Metode biochimice și histochimice în fiziologie”

Întrebări pentru auto-studiu

1. Harta chimica a creierului.

2. Metode de identificare a localizării rezistențelor în structurile sistemului nervos periferic.

3. Identificarea localizării rezistențelor în structurile sistemului nervos central.

4. Identificarea localizării receptorilor în organele țintă.

5. Determinarea activității funcționale a unui organ sau a unui sistem de organe prin concentrația unui hormon secretat, neurohormon sau altă substanță biologic activă.

Literatură

1. Batuev A.S. Activitate nervoasă mai mare. M., 1991

2. Amplu atelier de fiziologie umană și animală. / Ed. B.A. Kudryashova - M.: Școala superioară, 1984.

3. Guminsky A.A., Leontyeva N.N., Marinova K.V. Ghid de exerciții de laborator de fiziologie generală. – M.: Educație, 1990.

4. Mic atelier de fiziologie umană și animală. / Ed. LA FEL DE. Batueva - Sankt Petersburg: Editura Universității de Stat din Sankt Petersburg, 2001.

5. Metode și experimente de bază pentru studiul creierului și comportamentului. J. Buresh, O. Bureshiva, D. Houston / Traducere din engleză. – M.: Liceu, 1991.

6. Metode de cercetare în psihofiziologie. / Ed. LA FEL DE. Batueva - Sankt Petersburg, 1994

7. Metode de neurofiziologie clinică. / Ed. V.B. Grechina - L., 1977

8. Curs general de fiziologie umană și animală. În 2 T. / Ed. IAD. Nozdracheva - M., 1991

9. Atelier de fiziologie normală. / Ed. PE. Agadzhanyan - M.: Editura RUDN, 1996.

Iov 6

Subiect: „Metode histologice și neuroanatomice”

Întrebări pentru auto-studiu

1. Perfuzie.

2. Extracția creierului.

3. Realizarea blocurilor de țesut cerebral.

4. Realizarea secțiunilor.

5. Prepararea lamelor gelatinizate.

6. Secțiuni de montaj.

7. Fotografierea secțiunilor nepătate.

8. Colorare.

Literatură

1. Batuev A.S. Activitate nervoasă mai mare. M., 1991

2. Amplu atelier de fiziologie umană și animală. / Ed. B.A. Kudryashova - M.: Școala superioară, 1984.

3. Guminsky A.A., Leontyeva N.N., Marinova K.V. Ghid de exerciții de laborator de fiziologie generală. – M.: Educație, 1990.

4. Mic atelier de fiziologie umană și animală. / Ed. LA FEL DE. Batueva - Sankt Petersburg: Editura Universității de Stat din Sankt Petersburg, 2001.

5. Metode și experimente de bază pentru studiul creierului și comportamentului. J. Buresh, O. Bureshiva, D. Houston / Traducere din engleză. – M.: Liceu, 1991.

6. Metode de cercetare în psihofiziologie. / Ed. LA FEL DE. Batueva - Sankt Petersburg, 1994

7. Metode de neurofiziologie clinică. / Ed. V.B. Grechina - L., 1977

8. Curs general de fiziologie umană și animală. În 2 T. / Ed. IAD. Nozdracheva - M., 1991

9. Atelier de fiziologie normală. / Ed. PE. Agadzhanyan - M.: Editura RUDN, 1996.

Lucrul 7

Subiect: „Studiul diferitelor metode și tehnici în studiul sistemelor somatosenzoriale ale corpului”

Întrebări pentru auto-studiu

1. Principii generale ale inervației coordonate a mușchilor.

2. Inervarea reciprocă a muşchilor antagonişti.

3. Animal spinal.

4. Arc reflex monosimpatic și polisimpatic.

5. Închiderea reversibilă a cerebelului la șobolan.

6. Distrugerea chimică a structurilor creierului.

7. Metoda de aspirație.

Literatură

1. Batuev A.S. Activitate nervoasă mai mare. M., 1991

2. Amplu atelier de fiziologie umană și animală. / Ed. B.A. Kudryashova - M.: Școala superioară, 1984.

3. Guminsky A.A., Leontyeva N.N., Marinova K.V. Ghid de exerciții de laborator de fiziologie generală. – M.: Educație, 1990.

4. Mic atelier de fiziologie umană și animală. / Ed. LA FEL DE. Batueva - Sankt Petersburg: Editura Universității de Stat din Sankt Petersburg, 2001.

5. Metode și experimente de bază pentru studiul creierului și comportamentului. J. Buresh, O. Bureshiva, D. Houston / Traducere din engleză. – M.: Liceu, 1991.

6. Metode de cercetare în psihofiziologie. / Ed. LA FEL DE. Batueva - Sankt Petersburg, 1994

7. Metode de neurofiziologie clinică. / Ed. V.B. Grechina - L., 1977

8. Curs general de fiziologie umană și animală. În 2 T. / Ed. IAD. Nozdracheva - M., 1991

9. Atelier de fiziologie normală. / Ed. PE. Agadzhanyan - M.: Editura RUDN, 1996.

Iov 8

Subiect: „Studiul diferitelor metode și tehnici în studiul sistemelor viscerale ale corpului”

Întrebări pentru auto-studiu

1. Înregistrarea potențialului de acțiune (PA) al miocardului gastric și modificările acestuia la iritația trunchiului vagosimpatic.

2. Studiul influențelor parasimpatice și simpatice asupra forței și frecvenței contracțiilor cardiace.

3. Funcția de autoreglare a sistemului nervos intracardiac.

4. Reflexe viscero-cardiace.

5. Topografia și caracteristicile anatomice ale glandelor endocrine ale șobolanului.

6. Rolul gonadelor în reglarea caracterelor sexuale secundare.

7. Determinarea biochimică și imunoenzimatică a nivelului de hormoni corticosteroizi în fluidele biologice ale șobolanilor și oamenilor.

Literatură

1. Batuev A.S. Activitate nervoasă mai mare. M., 1991

2. Amplu atelier de fiziologie umană și animală. / Ed. B.A. Kudryashova - M.: Școala superioară, 1984.

3. Guminsky A.A., Leontyeva N.N., Marinova K.V. Ghid de exerciții de laborator de fiziologie generală. – M.: Educație, 1990.

4. Mic atelier de fiziologie umană și animală. / Ed. LA FEL DE. Batueva - Sankt Petersburg: Editura Universității de Stat din Sankt Petersburg, 2001.

5. Metode și experimente de bază pentru studiul creierului și comportamentului. J. Buresh, O. Bureshiva, D. Houston / Traducere din engleză. – M.: Liceu, 1991.

6. Metode de cercetare în psihofiziologie. / Ed. LA FEL DE. Batueva - Sankt Petersburg, 1994

7. Metode de neurofiziologie clinică. / Ed. V.B. Grechina - L., 1977

8. Curs general de fiziologie umană și animală. În 2 T. / Ed. IAD. Nozdracheva - M., 1991

9. Atelier de fiziologie normală. / Ed. PE. Agadzhanyan - M.: Editura RUDN, 1996.

Iov 9

Subiect: „Metode pentru studiul activității nervoase superioare”

Întrebări pentru auto-studiu

1. Metoda dezvoltării reflexelor condiționate.

2. Metode clasice și operante de dezvoltare a reflexelor condiționate.

3. Metode de studiu a memoriei pe termen scurt și pe termen lung.

4. Teste neurologice pe șobolani.

5. Măsurarea structurii comportamentului.

6. Dezvoltarea reflexelor conditionate instrumentale.

7. Metode statistice utilizate în fiziologie.

Literatură

1. Batuev A.S. Activitate nervoasă mai mare. M., 1991

2. Amplu atelier de fiziologie umană și animală. / Ed. B.A. Kudryashova - M.: Școala superioară, 1984.

3. Guminsky A.A., Leontyeva N.N., Marinova K.V. Ghid de exerciții de laborator de fiziologie generală. – M.: Educație, 1990.

4. Mic atelier de fiziologie umană și animală. / Ed. LA FEL DE. Batueva - Sankt Petersburg: Editura Universității de Stat din Sankt Petersburg, 2001.

5. Metode și experimente de bază pentru studiul creierului și comportamentului. J. Buresh, O. Bureshiva, D. Houston / Traducere din engleză. – M.: Liceu, 1991.

6. Metode de cercetare în psihofiziologie. / Ed. LA FEL DE. Batueva - Sankt Petersburg, 1994

7. Metode de neurofiziologie clinică. / Ed. V.B. Grechina - L., 1977

8. Curs general de fiziologie umană și animală. În 2 T. / Ed. IAD. Nozdracheva - M., 1991

9. Atelier de fiziologie normală. / Ed. PE. Agadzhanyan - M.: Editura RUDN, 1996.

Fiziologia a apărut ca știință independentă în secolul al XV-lea datorită cercetărilor lui Harvey și a unui număr de alți oameni de știință a naturii și, începând de la sfârșitul secolului al XV-lea și începutul secolului al XVI-lea, principala metodă în domeniul fiziologiei a fost metoda experimentală. Metoda de observare este cea mai veche, având originea în Dr. Grecia, a fost bine dezvoltată în Egipt, pe dr. Est, în Tibet, în China. Esența acestei metode este observarea pe termen lung a schimbărilor în funcțiile și condițiile corpului, înregistrarea acestor observații și, dacă este posibil, compararea observațiilor vizuale cu modificările corpului după autopsie. Hipocrate a inclus și natura comportamentului printre semnele observabile. Datorită observațiilor sale atente, el a formulat doctrina temperamentului. Metoda observației este utilizată pe scară largă în fiziologie (în special în psihofiziologie) iar în prezent metoda observației este combinată cu metoda experimentului cronic.
Metoda experimentala. Un experiment fiziologic, spre deosebire de simpla observație, este o intervenție direcționată în funcționarea curentă a organismului, menită să clarifice natura și proprietățile funcțiilor sale, relațiile acestora cu alte funcții și cu factorii de mediu. De asemenea, intervenția necesită adesea pregătirea chirurgicală a unui animal, care poate avea: 1) forme acute (vivisecție, din cuvântul vivo - viu, sekcia - sec, adică tăierea unei persoane vii), 2) forme cronice (experimental-chirurgicale). În acest sens, experimentul este împărțit în 2 tipuri: acută (vivisecție) și cronică. Vivisecția este o formă de experimentare efectuată pe un animal imobilizat. Vivisecția a fost folosită pentru prima dată în Evul Mediu, dar a început să fie introdusă pe scară largă în știința fiziologică în timpul Renașterii (secolele XV-XVII). Anestezia nu era cunoscută în acel moment și animalul a fost fixat rigid de 4 membre, în timp ce a suferit torturi. Acesta a fost motivul apariției grupurilor și mișcărilor filozofice. Animalism (tendințe care promovează tratamentul uman al animalelor și pledează pentru încetarea cruzimii față de animale; în prezent se promovează animalismul), vitalism (a susținut că nu au fost efectuate experimente pe animale neanesteziate și pe voluntari), mecanism (procesele identificate care au loc corect în animale cu procese în natură neînsuflețită, un reprezentant proeminent al mecanismului a fost fizicianul, mecanicul și fiziologul francez Rene Descartes), antropocentrismul. Începând cu secolul al XIX-lea, anestezia a început să fie folosită în experimente acute. Acest lucru a condus la o întrerupere a proceselor de reglare din partea proceselor superioare ale sistemului nervos central, ca urmare a faptului că integritatea răspunsului organismului și conexiunea acestuia cu mediul extern este perturbată. Această utilizare a anesteziei și a intervenției chirurgicale în timpul vivisecției introduce parametri necontrolați într-un experiment acut care sunt greu de luat în considerare și de prezis.
Un experiment acut, ca orice metodă experimentală, are avantajele sale:
1) vivisecția - una dintre metodele analitice, face posibilă simularea diferitelor situațiiSeminar
2) vivisecția face posibilă obținerea rezultatelor într-un timp relativ scurt. defecte:
1) într-un experiment acut, conștiința este oprită atunci când se administrează anestezie și, în consecință, integritatea răspunsului organismului este perturbată;
2) legătura dintre corp și mediu este întreruptă atunci când se folosește anestezie;
3) în absența anesteziei, are loc o eliberare de hormoni de stres și endorfine endogene (produse în interiorul corpului) substanțe asemănătoare morfinei, care au un efect analgezic, care este inadecvat stării fiziologice normale.
Experiment cronic - observare pe termen lung după intervenție acută și restabilire a relațiilor cu mediul. Avantajele unui experiment cronic: organismul este cât mai aproape de condițiile de existență intensivă. Unii fiziologi consideră dezavantajele unui experiment cronic ca fiind că rezultatele sunt obținute pe o perioadă relativ lungă de timp. Într-un experiment cronic, sunt utilizate o serie de tehnici și abordări metodologice.
1. Metode electrofiziologice.
2. Metoda de aplicare a fistulelor pe organe goale și organe cu canale excretoare.
Fondatorul metodei fistulei a fost Basov, cu toate acestea, atunci când a aplicat o fistulă folosind metoda sa, conținutul stomacului a intrat în eprubetă împreună cu sucurile digestive, ceea ce a făcut dificilă studiul compoziției sucului gastric, etapele digestiei, viteza procesului de digestie si calitatea sucului gastric separat pentru diferite compozitii alimentare. Fistulele pot fi plasate pe stomac, canalele glandelor salivare, intestine, esofag etc. Diferența dintre fistula lui Pavlov și cea a lui Basov este că Pavlov a plasat fistula pe un „ventricul mic”, realizat artificial prin intervenție chirurgicală și păstrând reglarea digestivă și umorală. Acest lucru i-a permis lui Pavlov să identifice nu numai compoziția calitativă și cantitativă a sucului gastric pentru alimentele luate, ci și mecanismele de reglare nervoasă și umorală a digestiei în stomac. Pentru munca sa în domeniul digestiei, Pavlov a fost distins cu Premiul Nobel.
3. Anastenoze neurovasculare sau neuromusculare eterogene. Aceasta este o modificare a organului efector în reglarea nervoasă determinată genetic a funcțiilor. Efectuarea unor astfel de anastenoze face posibilă identificarea absenței sau prezenței plasticității neuronilor sau a centrilor nervoși în reglarea funcțiilor. În anastenozele neurovasculare, organele efectoare sunt vasele de sânge și, respectiv, chimio- și baroreceptorii localizați în ele.
4. Transplantul diferitelor organe. Replantarea și îndepărtarea organelor sau a diferitelor părți ale creierului (extirpare). Ca urmare a prelevării unui organ, se creează hipofuncția uneia sau alteia glande; ca urmare a replantării, se creează o situație de hiperfuncție sau exces de hormoni ai uneia sau alteia glande. Extirparea diferitelor părți ale creierului și cortexului cerebral dezvăluie funcțiile acestor părți. De exemplu, atunci când cerebelul a fost îndepărtat, a fost dezvăluit rolul său în reglarea mișcării, menținerea posturii și a reflexelor statokinetice. Îndepărtarea diferitelor zone ale cortexului cerebral i-a permis lui Brodmann să împartă cortexul în 52 de câmpuri.
5. Metoda de transecție a creierului și a măduvei spinării. Ne permite să identificăm semnificația funcțională a fiecărui departament al sistemului nervos central în reglarea funcțiilor somatice și viscerale ale corpului, precum și în reglarea comportamentului.
6. Implantarea electrozilor în diferite părți ale creierului. Vă permite să identificați activitatea și semnificația funcțională a unei anumite structuri nervoase în reglarea funcțiilor corpului (funcții motorii, funcții viscerale și mentale). Electrozii implantați în creier sunt fabricați din materiale inerte (adică trebuie să fie îmbătători): platină, argint, paladiu. Electrozii fac posibilă nu numai identificarea funcției unei anumite zone, ci și, dimpotrivă, înregistrarea în ce parte a creierului apariția unui potențial (VT) ca răspuns la anumite funcții funcționale. Tehnologia microelectrodului oferă unei persoane posibilitatea de a studia fundamentele fiziologice ale psihicului și comportamentului.
7. Implantarea de canule (micro). Perfuzia este trecerea unor soluții de diferite compoziții chimice prin componenta noastră sau prezența metaboliților în aceasta (glucoză, PVC, acid lactic) sau conținutul de substanțe biologic active (hormoni, neurohormoni, endorfine, encefamine etc.). Canula vă permite să injectați soluții cu conținut diferit într-una sau alta zonă a creierului și să observați modificări ale activității funcționale din sistemul motor, organele interne sau comportamentul, activitatea psihologică.
8. Introducerea atomilor marcați și observarea ulterioară pe un tomograf cu emisie de pozitroni (PET). Cel mai adesea, se administrează auro-glucoză marcată cu aur (aur + glucoză). Conform expresiei figurative a lui Greene, donatorul de energie universal în toate sistemele vii este ATP, iar în timpul sintezei și resintezei ATP, principalul substrat energetic este glucoza (resinteza ATP poate avea loc și din fosfatul de creatină). Prin urmare, cantitatea de glucoză consumată este utilizată pentru a judeca activitatea funcțională a unei anumite părți a creierului, activitatea sa sintetică. Glucoza este consumată de celule, dar aurul nu este utilizat și se acumulează în această zonă. Activitatea sintetică și funcțională este judecată de aur activ diferit și cantitatea acestuia.
9. Metode stereotactice. Acestea sunt metode prin care se efectuează operații chirurgicale de implantare a electrozilor într-o anumită zonă a creierului în conformitate cu atlasul stereotactic al creierului, urmate de înregistrarea biopotențialelor rapide și lente alocate, cu înregistrarea potențialelor evocate, precum și ca înregistrare EEG și miogramă.
10. Metode biochimice. Acesta este un grup mare de tehnici cu ajutorul cărora se determină nivelul de cationi, anioni, elemente neionizate (macro și microelemente), substanțe energetice, enzime, substanțe biologic active (hormoni etc.) în fluidele circulante, țesuturi. , iar uneori organe. Aceste metode sunt aplicate fie in vivo (în incubatoare), fie în țesuturi care continuă să secrete și să sintetizeze substanțele produse în mediul de incubație. Metodele biochimice fac posibilă evaluarea activității funcționale a unui anumit organ sau a unei părți a acestuia și, uneori, a unui întreg sistem de organe. De exemplu, nivelul 11-OCS poate fi folosit pentru a judeca activitatea funcțională a zonei fasciculate a cortexului suprarenal, dar nivelul 11-OCS poate fi folosit și pentru a judeca activitatea funcțională a sistemului hipotalamo-hipofizo-suprarenal. . În general, deoarece 11-OX este produsul final al părții periferice a cortexului suprarenal. 11. Metode histochimice. Metode imunologice în fiziologie.
12. Metode de studiere a fiziologiei VNB. Planificarea experimentelor Pentru a planifica experimente, trebuie să cunoașteți principiile și tacticile cercetării și abordarea științifică, care se formează cel mai bine prin implementarea directă a experimentelor. Avantajul unui studiu de laborator față de un studiu observațional este că cercetătorul poate controla condițiile experimentale, adică să stabilească un control precis asupra așa-numitelor variabile independente pentru a releva influența acestora asupra variabilelor dependente. Variabilele dependente pot fi orice caracteristici fiziologice, în timp ce variabilele independente sunt condiții care sunt controlate de experimentator și uneori impuse organismului. Condițiile includ intervenția directă (înlăturarea unor părți ale creierului, stimularea sau utilizarea diferitelor medicamente), modificări ale mediului (temperatură și lumină), modificări ale programului de întărire, dificultăți de învățare, durata deprivării alimentare sau factori precum vârsta, sexul, linia genetică etc. Pentru a minimiza interpretarea greșită a experimentelor din cauza dificultății de a distinge efectele intervențiilor experimentale de efectele altor variabile, trebuie introduse proceduri de control. În mod ideal, grupul de control este studiat în același mod ca și grupul experimental, excluzând influența factorului studiat, de dragul căruia este planificat experimentul în sine. Același animal poate fi folosit atât în ​​control, cât și în experiment dacă, de exemplu, este necesar să se compare comportamentul său înainte și după îndepărtarea unor părți ale creierului. O altă procedură de control comună, al cărei scop este reducerea influenței simultane a variabilelor, este aplicarea echilibrată a diferitelor influențe asupra aceluiași animal (de exemplu, injecții cu diferite medicamente sau doze diferite ale aceluiași medicament). Un alt punct important de control este distribuirea aleatorie a animalelor în diferite grupuri. Acest lucru se face cel mai bine folosind un tabel de numere aleatorii, care este prezentat în multe cărți de statistică (pur și simplu prinderea animalelor dintr-o cușcă pentru a forma un grup nu este adecvată, deoarece cele mai slabe sau mai pasive animale vor fi prinse primele). Din cauza posibilelor erori sau variabilitate a rezultatelor din cauza variabilelor necontrolate, măsurătorile sunt de obicei repetate și se obține media sau mediana. Măsurătorile repetate implică observații multiple ale acelorași animale sau o observație a mai multor animale sau ambele. Cu cât este mai mare probabilitatea de erori sau fluctuații datorate unor variabile necunoscute sau necontrolate, cu atât este mai probabil ca măsurătorile repetate să difere și astfel variabilitatea măsurătorilor în jurul valorii medii va fi mai mare. Analiza statistică este utilizată pentru a evalua semnificația diferențelor observate între grupurile experimentale și de control sau condițiile experimentale. Analiza științifică, fie că se bazează pe observații naturaliste sau pe experimente de laborator, se bazează pe măsurători pentru a cuantifica observațiile. Așa-numitul nivel de măsurare determină ce operații aritmetice pot fi aplicate numerelor, ceea ce determină în consecință utilizarea metodelor statistice adecvate. Cercetătorul trebuie să ia în considerare nivelul măsurătorilor și să prevadă natura procesării statistice a rezultatelor deja atunci când planifică experimente, deoarece aceste considerații vor ajuta la rezolvarea problemei acurateței instrumentelor de măsurare și a numărului necesar de experimente. Echipamente pentru studiul funcțiilor fiziologice. Succesele fiziologiei moderne în studierea funcțiilor întregului organism, sistemelor, organelor, țesuturilor și celulelor sale se datorează în mare măsură introducerii pe scară largă în practica experimentelor fiziologice ale echipamentelor electronice, dispozitivelor de analiză și calculatoarelor electronice, precum și biochimice și metode de cercetare farmacologică. Când se studiază funcțiile fiziologice folosind diverse echipamente, în experimente se formează sisteme unice. Ele pot fi împărțite în două grupe: 1) sisteme de înregistrare a diferitelor manifestări ale activității vieții și analiza datelor obținute și 2) sisteme de influențare a organismului sau a unităților sale structurale și funcționale. Un sistem care permite înregistrarea proceselor bioelectrice în organism este format dintr-un obiect de cercetare, electrozi de ieșire, un amplificator, un reportofon și o sursă de alimentare. Sistemele de înregistrare de acest fel sunt utilizate pentru electrocardiografie, electroencefalografie, electrogastrografie, electromiografie etc. Când se studiază și se înregistrează un număr de procese neelectrice folosind echipamente electronice, acestea trebuie mai întâi convertite în semnale electrice. Pentru aceasta sunt folosiți diverși senzori.
Unii senzori sunt capabili să genereze ei înșiși semnale electrice și nu necesită energie de la o sursă de curent, în timp ce alții necesită această putere. Mărimea semnalelor senzorilor este de obicei mică, așa că trebuie să fie preamplificate pentru a le înregistra. Sistemele care utilizează senzori sunt utilizate pentru balistocardiografie, pletismografie, sfigmografie, înregistrarea activității motorii, a tensiunii arteriale, a respirației, determinarea gazelor din sânge și aerul expirat etc. Dacă sistemele sunt completate și coordonate cu funcționarea unui transmițător radio, devine posibil să transmită şi să înregistreze funcţiile fiziologice la o distanţă considerabilă de obiectul de studiu. Această metodă se numește biotelemetrie. Dezvoltarea biotelemetriei este determinată de introducerea microminiaturizării în ingineria radio. Vă permite să studiați funcțiile fiziologice nu numai în condiții de laborator, ci și în condiții de comportament liber, în timpul activităților de muncă și sportive, indiferent de distanța dintre obiectul de studiu și cercetător. Sistemele menite să influențeze organismul sau unitățile sale structurale și funcționale au efecte variate: declanșatoare, stimulatoare și inhibitoare.
Metodele și opțiunile de influență pot fi foarte diverse. La studierea analizoarelor la distanță, pulsul stimulator poate fi perceput de la distanță; în aceste cazuri, nu sunt necesari electrozi de stimulare. Deci, de exemplu, puteți influența analizatorul vizual cu lumină, pe cel auditiv cu sunet și pe cel olfactiv cu diverse mirosuri. În experimentele fiziologice, curentul electric este adesea folosit ca stimul și, prin urmare, stimulatoarele electronice de puls și electrozii de stimulare au devenit larg răspândite. Stimularea electrică este utilizată pentru a stimula receptorii, celulele, mușchii, fibrele nervoase, nervii, centrii nervoși etc. Dacă este necesar, se poate folosi stimularea biotelemetrică. Studiile funcțiilor fiziologice sunt efectuate nu numai în repaus, ci și în cadrul diferitelor activități fizice.
Acesta din urmă poate fi creat fie. efectuarea anumitor exerciții (genuflexiuni, alergare etc.), sau folosirea diverselor aparate (biciclete ergometru, bandă de alergare etc.), care fac posibilă dozarea cu precizie a sarcinii. Sistemele de înregistrare și stimulare sunt adesea folosite simultan, ceea ce extinde semnificativ posibilitățile de experimente fiziologice. Aceste sisteme pot fi combinate în diferite moduri.

Fiziologia este o știință experimentală, adică. toate prevederile sale teoretice se bazează pe rezultatele experimentelor și observațiilor.

Observare a fost folosit încă de la primele etape ale dezvoltării științei fiziologice. Când efectuează o observație, cercetătorii dau un raport verbal al rezultatelor. În acest caz, obiectul de observație este de obicei situat în condiții naturale fără influențe speciale asupra acestuia de către cercetător. Dezavantajul observării simple este capacitatea limitată de a obține indicatori cantitativi și de a percepe procese rapide. Deci, la începutul secolului al XVII-lea. V. Harvey, după ce a observat activitatea inimii la animalele mici, a scris: „Viteza mișcării cardiace nu ne permite să distingem cum apar sistola și diastola și, prin urmare, este imposibil să știm în ce moment și în ce parte expansiunea. iar contractia are loc.”

Oportunități mai mari decât simpla observație în studiul proceselor fiziologice sunt oferite de stadializare experimente. Atunci când efectuează un experiment fiziologic, cercetătorul creează artificial condiții pentru identificarea esenței și modelelor fluxului proceselor fiziologice. Influențe fizice și chimice dozate pot fi aplicate unui obiect viu, pot fi introduse diverse substanțe în sânge sau organe și poate fi studiat răspunsul organelor și sistemelor.

Experimentele în fiziologie sunt împărțite în acute și cronice. Experiențe acute sunt efectuate pe animale și se caracterizează prin faptul că scopul nu este păstrarea vieții animalului; după experiment, acesta moare. În timpul unei astfel de experiențe, pot fi făcute și îndepărtate incizii incompatibile cu viața organe. Organele îndepărtate se numesc izolate. Al lor interferaîn soluții de sare care sunt similare ca compoziție sau cel puțin în conţinut minerale esențiale pentru plasmă sânge. Astfel de soluții se numesc fiziologice. Printre cele mai simple soluții fiziologice se numără soluția izotonică de clorură de sodiu 0 9%.

Înscenare experimente folosind izolate sau gans a fost deosebit de popular în perioada secolului al XVII-lea - începutul secolului al XX-lea. când a existat o acumulare de cunoștințe despre funcțiile organelor și ale acestora eficientstructurilor. Pentru producții Pentru experimentele fiziologice, cel mai convenabil este să folosiți organe izolate ale animalelor cu sânge rece. Astfel, este suficient să speli inima de broască izolată cu soluție salină Ringer, iar la temperatura camerei se va contracta timp de multe ore. Din-datorită ușurinței de pregătire și importanței informațiilor obținute, astfel de preparate biologice au început să fie folosite nu numai în fiziologie, ci și în alte domenii ale științei medicale. De exemplu, un preparat dintr-o inimă izolată de broaște (folosind metoda Straub) este utilizat ca obiect standardizat pentru testarea activității biologice a anumitor medicamente în timpul producției lor în serie și dezvoltării de noi medicamente.

Cu toate acestea, posibilitățile de experiență acută sunt limitate nu numai din cauza problemelor etice legate de faptul că animalele mor în timpul experimentului și de posibilitatea de a le provoca efecte dureroase cu o anestezie insuficientă, ci și din cauza faptului că studiul nu este efectuate în condițiile unui întreg organism, dar în caz de încălcare a mecanismelor de reglementare sistemică.

Experiență cronică lipsesc o serie de dezavantaje enumerate. Într-un experiment cronic, studiul este efectuat pe un animal practic sănătos, supus impactului minim asupra acestuia și păstrării vieții sale. Înainte de cercetarea pe un animal, pot fi efectuate operații pentru a-l pregăti pentru experiment (se implantează electrozi, se fac fistule pentru a accesa cavitățile și canalele organelor). În acest caz, animalul este luat în experiment după ce suprafața rănii s-a vindecat și funcțiile au fost restabilite.

Un eveniment important în dezvoltarea tehnicilor fiziologice a fost introducerea înregistrării grafice a fenomenelor observate. Omul de știință german K. Ludwig a inventat kimograful și a fost primul care a înregistrat fluctuațiile (valurile) tensiunii arteriale. În urma acesteia, s-au dezvoltat metode de înregistrare a proceselor fiziologice folosind roți dințate mecanice (pârghii Engelmann), roți dințate cu aer (capsula lui Marey) și metode de înregistrare a alimentării cu sânge a organelor și a volumului acestora (pletismograf Mosso). Curbele obținute din astfel de înregistrări se numesc de obicei kimograme.

Oportunități metodologice mai largi de înțelegere a fiziologiei oamenilor și animalelor au apărut după crearea teoriei electricității și a instrumentelor pentru înregistrarea potențialelor electrice și a efectelor dozate ale curentului electric asupra organismului. Stimulii electrici s-au dovedit a fi cei mai potriviți pentru a influența structurile nervoase și musculare. Cu putere și durată moderată a stimulului, aceste efecte nu provoacă deteriorarea structurilor studiate și pot fi aplicate în mod repetat. Răspunsul la ele se termină de obicei într-o fracțiune de secundă.

Dezvoltarea fizicii, chimiei, ciberneticii la sfârșitul secolului XX. a creat baza pentru îmbunătățirea calitativă a metodelor de cercetare fiziologică. Metodele dezvoltate de fiziologi sunt utilizate pe scară largă în practica clinică.

Mai jos sunt enumerate unele dintre cele mai importante cerințe moderne pentru metodele de cercetare fiziologice actuale și nou dezvoltate.

Siguranța studiului, absența traumatizării și deteriorarea obiectului studiat.

Viteza senzorilor și a dispozitivelor de înregistrare.

Posibilitatea de înregistrare sincronă a mai multor indicatori ai funcțiilor fiziologice.

Posibilitatea de înregistrare pe termen lung a indicatorilor studiați. Acest lucru face posibilă identificarea naturii ciclice a proceselor fiziologice, determinarea parametrilor ritmurilor circadiene (circadiene) și identificarea prezenței tulburărilor paroxistice (episodice) ale proceselor.

Dimensiunile și greutatea reduse ale dispozitivelor, permițând cercetarea nu numai în spital, ci și în teren, în timpul activităților de muncă sau sportive ale unei persoane.

Utilizarea tehnologiei informatice și a realizărilor ciberneticii pentru înregistrarea și analiza datelor obținute, precum și modelarea proceselor fiziologice. Atunci când se utilizează tehnologia computerizată, costurile de timp pentru înregistrarea datelor și procesarea lor matematică sunt reduse drastic și devine posibilă extragerea mai multor informații din semnalele primite.

Cu toate acestea, în ciuda o serie de avantaje ale metodelor moderne de cercetare fiziologică, corectitudinea determinării indicatori funcțiile fiziologice depind în mare măsură de calitatea educației personalului medical, de cunoștințe esență procese fiziologice, caracteristici ale senzorilor și principii de funcționare a dispozitivelor utilizate, capacitatea de lucru Cu pacientului, dați-i instrucțiuni, monitorizați progresul implementării acestora și corectați acțiunile pacientului.

Rezultatele măsurătorilor unice sau ale observațiilor dinamice efectuate de diferiți profesioniști medicali asupra aceluiași pacient nu coincid întotdeauna. Prin urmare, rămâne problema creșterii fiabilității procedurilor de diagnosticare și a calității cercetării.

Calitatea studiului este caracterizată de acuratețea, corectitudinea, convergența și reproductibilitatea măsurătorilor.

Caracteristica cantitativă a unui indicator fiziologic determinată în timpul studiului depinde atât de valoarea reală a parametrului acestui indicator, cât și de o serie de erori introduse de aparat și personalul medical. Aceste erori sunt numite variabilitate analitică. De obicei, este necesar ca variabilitatea analitică să nu depășească 10% din valoarea măsurată. Întrucât adevărata valoare a indicatorului pentru aceeași persoană se poate modifica din cauza ritmurilor biologice, condițiilor meteorologice și a altor factori, termenul variatii intra-individuale. Se numește diferența în același indicator între diferite persoane variatii interindividuale. Se numește totalitatea erorilor și fluctuațiilor unui parametru variabilitate totală.

Un rol important în obținerea de informații despre starea și gradul de afectare a funcțiilor fiziologice revine așa-numitelor teste funcționale. În locul termenului „test funcțional”, „test” este adesea folosit. Efectuarea testelor funcționale înseamnă testare. Cu toate acestea, în practica clinică, termenul „test” este folosit mai des și într-un sens puțin mai extins decât „test funcțional”

Test de funcționare presupune studiul indicatorilor fiziologici in dinamica, inainte si dupa efectuarea anumitor influente asupra organismului sau actiuni voluntare ale subiectului. Cele mai frecvent utilizate sunt testele funcționale cu activitate fizică dozată. De asemenea, se efectuează teste de intrare, care relevă modificări ale poziției corpului în spațiu, încordare, modificări ale compoziției gazoase a aerului inhalat, administrarea de medicamente, încălzirea, răcirea, consumul unei anumite doze de soluție alcalină și mulți alți indicatori.

Cele mai importante cerințe pentru testele funcționale includ fiabilitatea și validitatea.

Fiabilitate - capacitatea de a efectua testul cu o precizie satisfăcătoare de către un specialist semicalificat. Fiabilitatea ridicată este inerentă testelor destul de simple, a căror performanță este puțin influențată de mediu. Cele mai fiabile teste care reflectă starea sau cantitatea de rezerve ale funcției fiziologice recunosc standard de referință sau referenţială.

Concept valabilitate reflectă adecvarea unui test sau a unei metode pentru scopul propus. Dacă se introduce un nou test, validitatea acestuia este evaluată prin compararea rezultatelor obținute cu ajutorul acestui test cu rezultatele unor teste de referință recunoscute anterior. Dacă testul nou introdus vă permite să găsiți răspunsurile corecte la întrebările puse în timpul testării într-un număr mai mare de cazuri, atunci acest test are o valabilitate ridicată.

Utilizarea testelor funcționale crește dramatic capacitățile de diagnosticare numai dacă aceste teste sunt efectuate corect. Selecția, implementarea și interpretarea adecvată a acestora necesită ca lucrătorii medicali să aibă cunoștințe teoretice extinse și experiență suficientă în efectuarea lucrărilor practice.