Metode de cercetare fiziologică. Fiziologia ca știință

Metodologie - un set de manipulări, a căror implementare oferă rezultatele 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 diferitele procese și funcții ale unui organism viu, se folosesc metode de observare și experiment.

Supraveghere - o metodă de obținere a informațiilor prin înregistrarea vizuală directă, de regulă, 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 un experiment care este implementat pentru un timp relativ scurt. Un experiment cronic este un experiment care durează o perioadă lungă de timp (zile, săptămâni, luni, ani).

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 a apărut în Grecia antică. În Egipt, în timpul mumificării, cadavrele erau deschise, iar preoții analizau starea diferitelor organe în legătură cu datele înregistrate anterior privind ritmul pulsului, cantitatea și calitatea urinei și alți indicatori la oamenii pe care i-au observat.

În prezent, oamenii de știință, care efectuează studii observaționale, folosesc în arsenalul lor o serie de dispozitive simple și complexe (impunerea 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, se poate determina cât de multă salivă este secretată într-o anumită perioadă a zilei, culoarea, densitatea acesteia etc.

Cu toate acestea, observarea unui fenomen 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 intenționată 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 de observare, vă permite să aflați motivul implementării unui proces sau funcție.

vivisecţie au fost efectuate în stadiile incipiente ale dezvoltării fiziologiei pe animale imobilizate fără utilizarea anesteziei. Dar din secolul al XIX-lea în experimentul acut s-a folosit anestezie generală.

experiment acut are propriile sale merite și demerite. Avantajele includ 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 este încălcată integritatea răspunsului organismului la diferite influențe. În plus, animalele trebuie adesea eutanasiate după un experiment acut.

Prin urmare, s-au dezvoltat metode ulterioare experiment cronic, în care se efectuează monitorizarea pe termen lung a animalelor după intervenția chirurgicală și recuperarea animalului.

Academicianul I.P. Pavlov a dezvoltat o metodă de aplicare a fistulelor pe organe goale (stomac, intestine, vezică urinară). Utilizarea tehnicii fistulei a făcut posibilă elucidarea mecanismelor de funcționare a multor organe. În condiții sterile, un animal anesteziat este supus unei operații chirurgicale care permite accesul la un anumit organ intern, se implantează un tub de fistulă sau se îndepărtează ductul glandular și se sutură pe piele. Experimentul în sine începe după vindecarea rănii postoperatorii și recuperarea animalului, 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, dispozitive incluse în sisteme menite să influențeze un obiect și să înregistreze diverse manifestări ale activității vitale.

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 contracției inimii și a 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. A fost primul care a înregistrat o electrocardiogramă pe film. Înregistrarea grafică a potențialelor bioelectrice a servit drept bază pentru dezvoltarea electrofiziologiei. În prezent, electroencefalografia este utilizată pe scară largă în practică și cercetarea științifică.

Un pas important în dezvoltarea electrofiziologiei a fost inventarea microelectrodului. Cu ajutorul micromanipulatoarelor, acestea pot fi injectate direct în celulă și pot fi înregistrate potențialele bioelectrice. Tehnica microelectrodului a făcut posibilă descifrarea mecanismelor de generare a biopotenţialului 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, stimulatoarele electronice sunt folosite pentru aceasta, permițându-vă să primiți 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, vă permite să aflați efectul său asupra diferitelor organe și sisteme ale animalului. Îndepărtarea diferitelor părți ale cortexului cerebral a permis oamenilor de știință să afle efectul lor asupra organismului.

Progresele moderne în fiziologie s-au datorat utilizării tehnologiei 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 diferiților metaboliți în organe și țesuturi la animale în stare normală și în patologie cu mare precizie.

Cunoașterea caracteristicilor cantitative ale diferitelor procese fiziologice și a relației dintre acestea a făcut posibilă crearea modelele lor matematice. Cu ajutorul acestor modele, procesele fiziologice sunt reproduse pe computer și sunt explorate diverse variante de reacții.

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 primii pași în dezvoltarea științei fiziologice. Când efectuează o observație, cercetătorii oferă o descriere descriptivă a rezultatelor acesteia. În acest caz, obiectul observației se află de obicei în condiții naturale, fără influențe speciale asupra acestuia de către cercetător. Dezavantajul observării simple este imposibilitatea sau complexitatea mare a obținerii unor indicatori cantitativi și perceperea unor 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. și are loc contracția.”

O experienta

Oportunități mai mari decât simpla observare în studiul proceselor fiziologice vor fi date prin setare experimente. Atunci când efectuează un experiment fiziologic, cercetătorul va crea artificial condiții pentru dezvăluirea esenței și tiparelor cursului proceselor fiziologice. La un obiect viu se pot aplica efecte fizice și chimice dozate, introducerea diferitelor substanțe în sânge sau organe și înregistrarea unui răspuns la efecte.

Experimentele în fiziologie sunt împărțite în acute și cronice. Efecte asupra animalelor de experiment în experimente acute pot fi incompatibile cu conservarea vieții animale, de exemplu, efectul dozelor mari de radiații, substanțe toxice, pierderi de sânge, stop cardiac artificial, oprire a fluxului sanguin. Organele individuale pot fi prelevate de la animale pentru a studia funcțiile lor fiziologice sau posibilitatea transplantului la alte animale. Pentru a menține viabilitatea, organele îndepărtate (izolate) sunt plasate în soluții saline răcite care sunt similare ca compoziție sau cel puțin în conținutul celor mai importante substanțe 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 experimentelor 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 realizarea unui 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, spălată cu soluție salină Ringer, se poate contracta la temperatura camerei timp de multe ore și poate răspunde la diferite influențe prin modificarea 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, preparatul izolat de inimă de broaște (metoda Straub) este utilizat ca obiect standardizat pentru testarea activității biologice în producția în lot a unor medicamente și dezvoltarea de noi medicamente.

Cu toate acestea, posibilitățile de experiment acut sunt limitate nu numai din cauza problemelor etice asociate cu faptul că animalele în timpul experimentului sunt expuse la durere și mor, ci și pentru că studiul este adesea efectuat cu încălcarea mecanismelor sistemice care reglementează cursul funcțiilor fiziologice, sau în condiții artificiale - în afara întregului organism.

experiență cronică lipsit de unele dintre dezavantajele de mai sus. Într-un experiment cronic, studiul este efectuat pe un animal practic sănătos în condiții de impact minim asupra acestuia și în același timp salvându-i 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 vindecarea suprafeței rănii și restabilirea funcțiilor 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 fost primul care a înregistrat fluctuațiile (valurile) ale 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 umplerii cu sânge a organelor și a volumului acestora (pletismograf Mosso). Curbele obținute în 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 anumite zone ale suprafeței dintelui au făcut posibilă cuantificarea forței mușchilor de mestecat, a naturii potrivirii suprafeței de mestecat a dinților de sus și de jos. fălci.

Oportunități mai largi în studiul funcțiilor fiziologice ale organismului 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, procesele lor, structurile individuale sau întregul creier a permis fiziologilor să înțeleagă unele dintre mecanismele de funcționare a sistemului nervos al unei persoane sănătoase și tulburările lor în bolile neurologice. Aceste metode rămân printre cele mai comune în studiul funcțiilor sistemului nervos în laboratoarele și clinicile moderne de fiziologie.

Înregistrarea potențialelor electrice ale mușchiului inimii (electrocardiografia) 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 boli de inima și monitorizarea eficacității tratamentului.

Înregistrarea potențialelor electrice ale mușchilor scheletici (electromiografia) a permis fiziologilor să studieze multe aspecte ale mecanismelor de excitare și contracție musculară. 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 unor influențe (stimuli) electrice sau electromagnetice externe moderate ca forță și durată asupra țesuturilor nervoase și musculare 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. Acestea sunt 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 în dezvoltarea și implementarea 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 de înregistrare sincronă a mai multor indicatori ai funcțiilor fiziologice;
• posibilitatea înregistrării pe termen lung a indicatorilor studiați. Acest lucru face posibilă dezvăluirea ciclicității cursului proceselor fiziologice, determinarea parametrilor ritmurilor circadiene (circadiene), identificarea prezenței tulburărilor paroxistice (episodice) ale proceselor;
• respectarea standardelor internaționale;
• dimensiunile mici și greutatea dispozitivelor permit efectuarea cercetărilor nu numai într-un 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 lor 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, de caracteristicile senzorilor și de principiile funcționarea dispozitivelor 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 la același pacient nu se potrivesc întotdeauna. Prin urmare, rămâne problema creșterii fiabilității procedurilor de diagnosticare și a calității cercetării.

Calitatea studiului se caracterizează prin 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 de personalul medical. Aceste erori sunt numite variabilitate analitică. De obicei se cere ca variabilitatea analitică să nu depășească 10% din valoarea măsurată. Deoarece adevărata valoare a indicatorului la 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 la persoane diferite variatii interindividuale. Se numește totalitatea erorilor și fluctuațiilor parametrilor variabilitate generală.

Test de funcționare

Un rol important în obținerea de informații despre starea și gradul de încălcare a funcțiilor fiziologice revine așa-numitelor teste funcționale. În locul termenului „test funcțional” este adesea folosit „test”. Efectuarea de încercări funcționale - 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 parametrilor fiziologici în dinamică, înainte și după efectuarea anumitor efecte asupra organismului sau acțiuni arbitrare ale subiectului. Cele mai frecvent utilizate teste funcționale cu activitate fizică dozată. Testele sunt efectuate și prin efecte de intrare, în care modificări ale poziției corpului în spațiu, încordare, modificări ale compoziției gazului aerului inhalat, introducerea de medicamente, încălzirea, răcirea, consumul unei anumite doze de soluție alcalină , și mulți alți indicatori sunt dezvăluiți.

Fiabilitatea și validitatea sunt printre cele mai importante cerințe pentru testele funcționale.

Fiabilitate - capacitatea de a efectua testul cu o precizie satisfăcătoare de către un specialist cu calificare medie. Fiabilitatea ridicată este inerentă testelor destul de simple, a căror execuție este puțin afectată de mediu. Cele mai fiabile teste care reflectă starea sau magnitudinea rezervelor funcției fiziologice recunosc standard de referință sau referenţial.

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

Utilizarea testelor funcționale crește semnificativ capacitățile de diagnosticare numai dacă aceste teste sunt efectuate corect. Selecția, implementarea și interpretarea lor adecvată necesită cunoștințe teoretice extinse și experiență suficientă în munca practică din partea lucrătorilor medicali.

Metode de cercetare fiziologică

Observația ca metodă de cercetare fiziologică. Dezvoltarea relativ lentă a fiziologiei experimentale de peste 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. O astfel de tehnică metodologică a fost și rămâne cauza a numeroase erori, deoarece experimentatorul trebuie să efectueze un experiment, să vadă și să-și amintească multe procese și fenomene complexe, ceea ce este o sarcină dificilă. Cuvintele lui Harvey mărturisesc în mod elocvent dificultățile pe care le creează metoda de observare simplă a fenomenelor fiziologice: „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 parte are loc expansiunea și contracția. Într-adevăr, nu puteam deosebi sistola de diastola, deoarece la multe animale inima apare și dispare într-o clipă, cu viteza fulgerului, încât mi s-a părut cândva aici sistolă, iar aici - diastola, altă dată - viceversa. Totul este diferit și inconsecvent.”

Într-adevăr, procesele fiziologice sunt fenomene dinamice. Ele se dezvoltă și se schimbă constant, astfel încât doar 1-2 sau, în cel mai bun caz, 2-3 procese pot fi observate direct. Totuşi, pentru a le analiza, este necesar să se stabilească legătura acestor fenomene cu alte procese care, cu această metodă de investigare, rămân neobservate. În consecință, simpla observare a proceselor fiziologice ca metodă de cercetare este o sursă de erori subiective. De obicei, observația face posibilă stabilirea doar laturii calitative 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 evidențe obiective a procesului studiat, care a minimizat 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. Datele obținute au putut fi analizate ulterior, când atenția experimentatorului nu a mai fost distrasă spre 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 unei metode de înregistrare a tensiunii arteriale, s-au propus 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 unui număr de fiziologice. procese din organism uneori la o distanță considerabilă de obiect: mișcări respiratorii ale toracelui și abdomenului, peristaltism și modificări ale tonusului stomacului, intestinelor etc. S-a propus o metodă pentru înregistrarea modificărilor tonusului vascular (pletismografie Mosso), volumul diferitelor organe interne - oncometrie etc.

Studii ale 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 afecta nervii și mușchii 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 pregătirea neuromusculară a broaștei. El a ajutat la descoperirea potențialelor generate de inimă în timpul activității sale (experiența lui Kölliker și Müller), precum și a nevoii de generare continuă a potențialelor electrice pentru contracția constantă a mușchilor (experiența „tetanosului secundar” al lui Matteucci). A devenit clar că potențialele bioelectrice nu sunt fenomene aleatorii (laterale) în activitatea țesuturilor vii, ci semnale prin care „comenzile” sunt transmise în organism în sistemul nervos și din acesta către mușchi și alte organe. Astfel, țesuturile vii interacționează folosind „limbajul electric”.

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

Electrocardiografia din laboratoarele de fiziologie a trecut foarte curând în clinică ca o 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 electrocardiografie compacte și metode de control prin telemetrie care fac posibilă înregistrarea ECG și a altor procese fiziologice la astronauții aflați pe orbită apropiată de Pământ, 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 secțiune 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 ai creierului. Această metodă a fost ulterior perfecționată de omul de știință german Berger. În prezent, electroencefalografia este utilizată pe scară largă în clinică, la fel ca și înregistrarea grafică a potențialelor electrice ale mușchilor (electromiografie), nervilor și altor țesuturi și organe excitabile. Acest lucru a făcut posibilă efectuarea unei evaluări fine 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. Acești electrozi pot fi introduși direct în celulă cu ajutorul micromanipulatoarelor, iar potențialele bioelectrice pot fi înregistrate intracelular. Tehnologia microelectrodului a făcut posibilă descifrarea mecanismelor de generare a biopotențialelor - 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 importantă în dezvoltarea fiziologiei a fost introducerea metodei de stimulare electrică a organelor și țesuturilor. Organele și țesuturile vii sunt capabile să răspundă oricăror influențe: termice, mecanice, chimice etc. Stimularea electrică prin natura sa este apropiată de „limbajul natural” cu care 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, în acest scop se folosesc stimulatoare electronice, care fac 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 este utilizată cu succes, se dezvoltă metode de stimulare electrică a regiunilor creierului cu ajutorul electrozilor implantați. Acestea din urmă, cu ajutorul unor dispozitive stereotaxice speciale, sunt injectate 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, mișcărilor mecanice și a altor procese fizice, precum și a rezultatelor impactului acestor procese asupra organismului, metodele chimice sunt utilizate pe scară largă în fiziologie.

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

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

Înregistrarea electrică a cantităților neelectrice. Astăzi, progresele semnificative în fiziologie sunt asociate cu utilizarea tehnologiei 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 obținute într-un computer. Într-o serie de dispozitive, sunt utilizate efecte suplimentare asupra corpului (unde cu ultrasunete sau electromagnetice etc.). În astfel de cazuri, se înregistrează valorile parametrilor acestor influențe care modifică anumite funcții fiziologice. Avantajul unor astfel de dispozitive este că transductorul-senzor poate fi montat nu pe organul studiat, ci pe suprafața corpului. Undele emise de aparat pătrund în corp, iar după reflectarea organului studiat, sunt înregistrate de senzor. Acest principiu este utilizat, de exemplu, pentru 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 posibilitatea de a examina corpul în orice moment, fără operații preliminare. În plus, astfel de studii nu dăunează oamenilor. Cele mai multe metode moderne de cercetare fiziologică din clinică se bazează pe aceste principii. În Rusia, inițiatorul utilizării echipamentelor radio-electronice pentru cercetarea fiziologică a fost academicianul VV Parin.

Metoda experimentului acut. Progresul științei se datorează nu numai dezvoltării științei experimentale și a metodelor de cercetare. De asemenea, depinde în mare măsură de evoluția gândirii fiziologilor, de dezvoltarea abordărilor metodologice și metodologice ale studiului fenomenelor fiziologice. De la începutul înființării și 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. În același timp, pentru a avea acces la orice organ sau sistem intern, fiziologul trebuia să se angajeze în vivisecție (tăierea vie). 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 în adâncurile corpului. Nu este doar partea morală a problemei. Torturile severe, suferința insuportabilă, la care a fost supus animalul, au încălcat grav cursul normal al fenomenelor fiziologice și nu au permis înțelegerea esenței proceselor care au loc în organism în condiții naturale, în normă. În mod semnificativ, nu a ajutat și utilizarea anesteziei, precum și a altor metode de anestezie. 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 investiga cutare sau cutare proces sau funcție a unui organ sau a unui sistem, a fost necesar să se pătrundă în profunzimile organismului și însăși încercarea unei astfel de pătrunderi a perturbat cursul normal al proceselor fiziologice, pentru studiul cărora experimentul. A fost întreprinsă. În plus, studiul organelor izolate nu a dat o idee despre adevărata lor funcție în condițiile unui organism holistic, nedeteriorat.

Metoda experimentului cronic. Cel mai mare merit al științei ruse din istoria fiziologiei a fost că unul dintre cei mai talentați și străluciți reprezentanți ai săi, IP Pavlov, a reușit să găsească o cale de ieșire din acest impas. IP Pavlov era dureros de conștient de deficiențele fiziologiei analitice și ale experimentului acut. A găsit o modalitate de a privi în adâncurile corpului fără a-i încălca integritatea. Era o metodă de experiment cronic, realizată pe baza „chirurgiei fiziologice”.

Pe un animal anesteziat în condiții sterile, s-a efectuat în prealabil o operație complexă, permițând accesul la unul sau altul organ intern, s-a făcut o „fereastră” într-un organ 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, din punct de vedere al naturii cursului proceselor fiziologice, practic nu a diferit de unul normal, sănătos. Datorită fistulei impuse, a fost posibil să se studieze timp îndelungat cursul anumitor procese fiziologice în condițiile naturale de comportament.

Fiziologia este o știință care studiază mecanismele funcționării unui organism în relația sa cu mediul (aceasta este știința vieții unui organism), fiziologia este o știință experimentală, iar principalele metode ale științei fiziologice sunt metodele experimentale. Cu toate acestea, fiziologia ca știință își are originea în știința medicală chiar înainte de era noastră în Grecia Antică, la 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 naturală și, începând de la sfârșitul secolului al XV-lea - începutul secolului al XVI-lea, principala metodă în domeniul fiziologiei a fost metoda de experiment. 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 omului și a animalelor. Kogan. 2 t.

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

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

9. Ed. Kuraev. 3 v. Manual tradus? fiziologie umană.

Metoda de observare- cea mai veche, isi are originea in Dr. Grecia, a fost bine dezvoltată în Egipt, pe Dr. Est, Tibet, China. Esența acestei metode constă în observarea pe termen lung a schimbărilor în funcțiile și stările corpului, fixarea acestor observații și, dacă este posibil, compararea observațiilor vizuale cu modificările corpului după deschidere. 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, gură, 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. excretate de organism. a fost posibil să se judece o încălcare a funcțiilor unuia sau altui organ, de exemplu, dacă fecalele sunt albe, este permis să se presupună o încălcare a funcțiilor ficatului, dacă fecalele sunt negre sau întunecate, atunci este posibil să se presupună sângerare gastrică sau intestinală. Ca criteriu suplimentar au servit modificări ale culorii și turgenței pielii, umflarea pielii, caracterul acesteia, culoarea sclerei, transpirația, tremurul etc.

Hipocrate a atribuit natura comportamentului semnelor observate. Datorită observațiilor sale atente, el a formulat doctrina temperamentului, conform căreia întreaga umanitate este împărțită în 4 tipuri în funcție de caracteristicile comportamentului: coleric, sanguin, flegmatic, melancolic, dar Hipocrate s-a înșelat în justificarea fiziologică a tipurilor. . Fiecare tip s-a bazat pe raportul dintre principalele fluide corporale: sangvi - sânge, flegmă - lichid tisular, colea - bilă, melancholea - bilă neagră. Fundamentarea teoretică științifică a temperamentelor a fost dată de Pavlov ca urmare a unor studii experimentale îndelungate și s-a dovedit că temperamentul se bazează nu pe raportul dintre fluide, ci pe raportul dintre procesele nervoase de excitare și inhibiție, gradul de severitate a acestora și predominanța unui proces asupra altuia, precum și rata de schimbare a unui proces de către alții.

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 de experiment. Un experiment fiziologic, spre deosebire de simpla observație, este o intervenție intenționată în administrarea 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 purta: 1) forme acute (vivisecție, din cuvântul vivo - viu, sekcia - secu, adică secu pentru cei 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 experiment efectuată pe un animal imobilizat. Pentru prima dată, vivisecția a început să fie folosită în Evul Mediu, dar a început să fie introdusă pe scară largă în știința fiziologică în Renaștere (secolele XV-XVII). Anestezia la acea vreme nu era cunoscută și animalul a fost fixat rigid de 4 membre, în timp ce a experimentat chinuri și a scos strigăte sfâșietoare. Experimentele au fost efectuate în încăperi speciale, pe care oamenii le-au numit „diavol”. Acesta a fost motivul apariției grupurilor și curentelor filozofice. Animalism (tendințe, promovarea unei atitudini umane față de animale și susținerea încetării abuzului asupra animalelor, animalismul este promovat în prezent), vitalism (susținerea faptului că nu s-au efectuat experimente pe animale neanesteziate și pe voluntari), mecanism (identificat corect). care apar la un animal 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 încălcare a proceselor de reglementare din partea proceselor superioare ale sistemului nervos central, ca urmare, integritatea răspunsului organismului și conexiunea acestuia cu mediul extern sunt încălcate. O astfel de utilizare a anesteziei și hărțuirii chirurgicale în timpul vivisecției introduce parametri necontrolați în experimentul acut, care sunt greu de luat în considerare și de prevăzut. Un experiment acut, ca orice metodă experimentală, are avantajele sale: 1) vivisecția - 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 este utilizată anestezie și, în consecință, integritatea răspunsului organismului este încălcată, 2) conexiunea corpului cu mediul este întreruptă în cazuri de anestezie, 3) în absența anesteziei, există o eliberare inadecvată a hormonilor de stres și a substanțelor endogene (produse de interiorul organismului) asemănătoare morfinei ale endorfinelor, care au efect analgezic.

Toate acestea au contribuit la dezvoltarea unui experiment cronic - observație pe termen lung după o intervenție acută și restabilirea relațiilor cu mediul. Avantajele unui experiment cronic: organismul este cât mai aproape de condițiile de existență intensivă. Unii fiziologi atribuie neajunsurile unui experiment cronic faptului că rezultatele sunt obținute într-un timp relativ lung.

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. În experimentul cronic sunt utilizate o serie de tehnici și abordări metodologice.

Metoda dezvoltată de Pavlov este o metodă de impunere a fistulelor pe organele goale și pe organele care au canale excretoare. Strămoșul metodei fistulei a fost Basov, cu toate acestea, atunci când o fistulă a fost aplicată prin metoda sa, conținutul stomacului a căzut în eprubetă împreună cu sucurile digestive, ceea ce a făcut dificilă studiul compoziției sucului gastric, etapele de digestia, viteza proceselor de digestie și calitatea sucului gastric separat pentru diferite compoziții ale alimentelor.

Fistulele pot fi suprapuse pe stomac, canalele glandelor salivare, intestine, esofag etc. Diferența dintre fistula pavloviană și cea basoviană este că Pavlov a aplicat fistula la „ventriculul mic”, care a fost realizată chirurgical și reținut artificial. reglarea digestivă și umorală. Acest lucru i-a permis lui Pavlov să dezvăluie nu numai compoziția calitativă și cantitativă a sucului gastric pentru aportul alimentar, 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 „de aprindere”;

2) faza reflexă necondiționată - sucul gastric este secretat pe hrana care vine, indiferent de compoziția sa calitativă, deoarece. în stomac există nu numai chemoreceptori, ci și non-chemoreceptori care reacționează la volumul alimentelor,

3) faza intestinală - după ce alimentele intră în intestine, digestia este îmbunătățită.

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 relevă absența sau prezența plasticității neuronilor sau a centrilor nervoși în reglarea funcțiilor, adică. dacă nervul sciatic cu restul coloanei vertebrale poate controla mușchii respiratori.

În anastenozele neurovasculare, organele efectoare sunt vasele de sânge și, în consecință, chimio- și baroreceptorii localizați în ele. Anastenozele pot fi efectuate nu numai pe un animal, ci și pe diferite animale. De exemplu, dacă anastenoza neurovasculară este efectuată la doi câini pe zona carotidă (ramificarea arcului arterei carotide), atunci este posibil să se identifice rolul diferitelor părți ale sistemului nervos central în reglarea respirației, hematopoiezei, si tonusul vascular. În același timp, modul de aer inhalat este schimbat la un câine de fund, iar reglarea se vede la altul.

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

Extirparea diferitelor părți ale creierului și a creierului coronarian dezvăluie funcțiile acestor departamente. De exemplu, atunci când cerebelul a fost îndepărtat, a fost dezvăluită participarea sa la reglarea mișcării, la menținerea posturii și a reflexelor statokinetice.

Îndepărtarea diferitelor secțiuni ale cortexului cerebral i-a permis lui Brodman să cartografieze creierul. El a împărțit scoarța în 52 de câmpuri în funcție de elemente funcționale.

Metoda de transecție a măduvei spinării. Vă permite să identificați 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 cele mentale). Electrozii implantați în creier sunt fabricați din materiale inerte (adică trebuie să fie intoxicați): platină, argint, paladiu. Electrozii permit nu numai să dezvăluie funcția uneia sau alteia zone, ci și invers, să înregistreze în ce parte a creierului apariția provoacă un potențial (BT) ca răspuns la anumite funcții funcționale. Tehnologia microelectrodului oferă unei persoane posibilitatea de a studia fundamentele fiziologice ale psihicului și comportamentului.

Implantarea canulelor (micro). Perfuzia este trecerea unor soluții de compoziție chimică variată de către componenta noastră sau prin prezența metaboliților în aceasta (glucoză, PVC, acid lactic) sau prin conținutul de substanțe biologic active (hormoni, neurohormoni, endorfine, enkefamine etc.). Canula vă permite să injectați soluții cu conținut diferit într-o anumită zonă a creierului și să observați modificări ale activității funcționale din partea aparatului motor, a organelor interne sau a comportamentului, a activității psihologice.

Tehnologia microelectrodului și conjugarea 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, ATP este donatorul de energie universal în toate sistemele vii, iar în sinteza și resinteza ATP, glucoza este principalul substrat energetic (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, în timp ce aurul nu este utilizat și se acumulează în această zonă. Conform aurului multiactiv, cantitatea acestuia este judecată în funcție de activitatea sintetică și funcțională.

metode stereotactice. Acestea sunt metode prin care se efectuează operații chirurgicale pentru a implanta electrozi într-o anumită zonă a creierului în conformitate cu matricea stereotaxică a creierului, urmate de înregistrarea biopotențialelor rapide și lente alocate, cu înregistrarea potențialelor evocate, precum și înregistrarea EEG, miograme.

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

metode biochimice. Acesta este un grup mare de metode prin care în fluidele circulante, țesuturile și, uneori, organele, se determină nivelul de cationi, anioni, elemente unionizate (macro și microelemente), substanțe energetice, enzime, substanțe biologic active (hormoni etc.). . 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, chiar a unui întreg sistem de organe. De exemplu, nivelul 11-OCS poate fi folosit pentru a judeca activitatea funcțională a zonei fasciculare 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-OCS este produsul final al legăturii periferice a cortexului suprarenal.

Metode de studiere a fiziologiei VNB. Munca mentală a creierului a rămas multă vreme inaccesibilă științelor naturale în general și fiziologiei în special. În principal pentru că a fost judecat după senzații și impresii, adică. folosind metode subiective. Succesul în acest domeniu de cunoaștere a fost determinat atunci când activitatea mentală (GNA) a început să fie judecată folosind o metodă obiectivă a reflexelor condiționate de complexitate variabilă de dezvoltare. 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 studiul proprietăților VNB și localizarea proceselor VNB în creier. Dintre toate tehnicile, următoarele sunt cele mai frecvent utilizate:

Testarea posibilității de a forma diferite forme de reflexe condiționate (a înclina, a colora etc.), care ne permite să judecăm condițiile percepției primare. Compararea acestor limite la animale de diferite specii face posibilă dezvăluirea direcției în care a evoluat sistemele senzoriale GNA.

Studiul ontogenetic al reflexelor condiționate. Comportamentul complex al animalelor de diferite vârste, atunci când este studiat, face 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. Ajuns la vârsta adultă, a dezvoltat în ei reflexe condiționate și s-a dovedit că la acei câini care au primit lapte din copilărie au fost dezvoltate reflexe condiționate pentru lapte, iar la acei câini care au fost hrăniți cu carne din copilărie, reflexele condiționate au fost ușor dezvoltate pentru carne. . Astfel, câinii nu au o preferință strictă pentru tipul de hrană carnivoră, principalul lucru este ca acesta să fie complet.

Studiul filogenetic al reflexelor condiționate. Comparând proprietățile activității reflexe condiționate a animalelor cu 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 brusc de la nevertebrate și vertebrate, se schimbă relativ fin de-a lungul istoriei dezvoltării vertebratelor și atinge brusc capacitatea unei persoane de a conecta imediat evenimentele coincidente (imprimare), imprimarea este, de asemenea, caracteristică păsărilor de puiet (rătuci eclozate din ouă pot urmări orice obiect: un pui, o persoană și chiar o jucărie în mișcare. Tranzițiile dintre nevertebrate și vertebrate, vertebrate și oameni au reflectat etapele critice ale evoluției asociate cu apariția și dezvoltarea GNA (insectele au un sistem nervos necelular, celenteratele au un tip reticular, la vertebrate - un tip tubular, la păsări apar ganglioni bile, unii provoacă o dezvoltare ridicată a activității reflexe condiționate. La om, cortexul cerebral este bine dezvoltat, care provoacă saltul.

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 vegetative (viscerale) ale corpului. Stimularea directă a structurilor nervoase ale creierului face posibilă realizarea 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 nervoase care participă la acesta 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 asupra ratei și puterii formării reflexelor condiționate, asupra capacității de a reface reflexul condiționat, ceea ce face posibilă judecarea mobilității funcționale a centralului. sistemul nervos, precum și starea funcțională a neuronilor corticali și performanța acestora. De exemplu, s-a constatat că cofeina asigură formarea de reflexe condiționate atunci când celulele nervoase sunt foarte eficiente, 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 regiunilor trunchiului cerebral. În același mod, se determină localizarea capetelor corticale ale analizoarelor.

Modelarea proceselor de activitate reflexă condiționată. Pavlov a atras și matematicienii 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, un reflex 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 vasoprocesia, atunci reflexele condiționate se dezvoltă mai repede (vasopresiunea este un neuro-hormon produs în hipotalamus). Modificări morfologice în structura unui neuron: un neuron gol la naștere și cu denurite la un adult.

Laboratorul #1

Subiect: Metode de extirpare și replantare

Ţintă: Cunoașterea metodelor de extirpare și replantare a glandelor paratiroide. Modelarea hipo- și hiperparatiroidismului.

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

Progres

Lucrul 1. Modelarea deficitului de hormon paratiroidian la șobolani.

Deficiența hormonilor paratiroidieni este creată prin îndepărtarea ambelor glande paratiroide folosind aparatul electrochirurgical de înaltă frecvență EH-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 este aproximativ egal cu dimensiunea PTG. Pentru coagularea glandelor este suficient contactul timp de 1-1,5 s. În modul de tăiere, glandele pot fi înclinate. Avantajele coagulării în comparație cu extilarea PTG sunt că pierderea de sânge este exclusă și țesutul tiroidian nu este deteriorat. Perioada postoperatorie 2 saptamani.

Lucrul 2. Modelarea excesului de hormoni paratiroidieni la șobolani.

Metoda transplantului PTG a fost folosită pentru a simula hiperparatiroidismul. Esența metodei constă în transplantul de șobolani primitori sub pielea gâtului a 3 perechi de PTG de la 3 șobolani donatori. Șobolanii donatori trebuie să aibă aproximativ aceeași greutate ca șobolanul primitor.

Donatorii sub anestezie cu eter fac o incizie a pielii în zona densității anterioare a gâtului de 2-3 cm lungime, prin urmare, mușchii sunt împinși într-un mod contondent, făcând PTG accesibil. În această stare, șobolanul donor este plasat sub pâlnie, continuând să ofere anestezie cu eter. Înainte de operație, animalul primitor a fost fixat pe spate pe o masă chirurgicală, precum și la șobolanii donatori, s-a făcut o incizie a pielii de 2-3 cm lungime în zona densității anterioare a gâtului. Apoi? Au fost făcute 6 incizii superficiale cu un bisturiu în țesutul subcutanat, care a servit ca un fel de celule pentru PTG transplantat. Apoi, PTG-urile au fost tăiate rapid de la 3 șobolani donatori și plasate în incizii pregătite în șobolanul primitor. Incizia cutanată a primitorului a fost suturată cu mătase chirurgicală și tratată cu iod. În zilele următoare, rana chirurgicală a fost revizuită. Vindecarea completă a rănii a fost observată după 7-8 zile. PTG-urile de transplant prind bine rădăcini. Acest model de parat. hormonii vă permit să oferiți o creștere non-stop a nivelurilor sale din sânge datorită aburului natural. hormon.

Misiunea pentru muncă independentă.

Observați starea animalelor operate până la vindecarea completă a rănii și reluarea lor în experiment.

După 2 săptămâni, determinați nivelul de calciu total la animalele operate, care indică indirect activitatea funcțională a celulelor PTG și c ale glandei tiroide, precum și nivelul de 11-OKS, care se modifică atât ca răspuns la stres. expunerea chirurgicală și ca răspuns la afectarea funcției PTG (mai precis la perturbarea homeostaziei calciului).

Laboratorul #2

Lucrul 1. Ooforectomie bilaterală.

Pentru a studia electrogenele în activitatea adaptativă a corpului, femelele de șobolani au fost supuse ooforectomiei bilaterale. Operația este efectuată în conformitate cu recomandările din manualul lui Bunok, 1968.

Animalele au fost anesteziate cu eter și fixate pe masa de operație în decubit dorsal. Lâna de pe abdomen de la stern până la zona pubiană a fost tăiată și pielea a fost tratată cu alcool. Cu un bisturiu, cu grijă, pentru a nu deteriora intestinele, s-a făcut o incizie longitudinală de 4-5 cm lungime de-a lungul liniei dăunătoare a abdomenului. Găsind cornul drept sau stâng al uterului, explorând mai departe de-a lungul oviductului, găsim ovarul. Perforăm ligatura pe partea superioară a oviductului și ligamentul care susține ovarul, după care fruntea a fost tăiată cu foarfecele. Al doilea ovar a fost îndepărtat în același mod. După aceea, mușchii și capătul au fost suturați și sutura a fost tratată cu tinctură de iod 5%.

După operație, animalele au fost plasate într-o cușcă curată, în primele 4-5 zile rana a fost tratată zilnic cu dezinfectanți. Vindecarea rănilor a avut loc în 8-10 zile.

Lucrul 1. Adrenalectomie unilaterală.

Pentru a simula deficitul de glucocorticoizi endogen la animalele supuse AE (adrenalectomie).

Îndepărtarea chirurgicală a unei glande suprarenale a fost efectuată conform metodei prezentate în manualul Kabak Ya.M. Operația a fost efectuată sub anestezie cu eter. Sobolanul a fost fixat pe masa de operatie in pozitie culcat. În stânga coloanei vertebrale, părul a fost tuns 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, retrăgându-se cu 1,5 cm în jos de la arcul costal. Apoi, o mică incizie musculară a fost extinsă cu cârlige. Glanda suprarenală, împreună cu țesutul adipos din jur și cordonul de țesut conjunctiv, a fost capturată cu pense anatomice 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 animalelor din cauza dezechilibrului hormonal (hipofuncția glandelor suprarenale a dus la hipocartism și hipoestrogenie) și moartea în a 9-a zi după operație.

Laboratorul #3

Subiect: Metode de administrare a preparatelor farmaceutice la animale de laborator. metode de testare.

Ţintă: Familiarizați-vă cu metodele 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 perenterala, incarcare cu substante medicinale sau cu apa, 2 pâlnii cu capace, 2 tuburi de colectare a urinei (pașnice), 2 scutece, soluție de petuitrin (conține hormonul antidiuretic - vadopresină), ser fiziologic, 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 într-un trepied „înfășat”, trageți apă caldă (37 ° C) într-o seringă conectată la sondă la o rată de 5% din greutatea corporală. Ținând șobolanul vertical, introduceți sonda în gură și mutați-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 aceea, ambii șobolani sunt plasați în pâlnii și urina este colectată timp de 1 oră. Petuitrin se administrează intramuscular. În acest scop, ei iau pielea capului cu un cortsng și țin atât cortsangul, cât și coada șobolanului cu o mână în același timp, încercând să se asigure că șobolanul atinge suprafața mesei cu toate cele 4 labe și dimensiunile sale. corespund dimensiunilor fiziologice. Cu mâna a doua, se face o injecție în coapsă (mușchi), în timp ce piciorul din spate este ținut împreună cu coada.

Concluzie: Fara petuithrin: 1,2 ml, cu petuithrin 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 curând în circulația generală 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. Pe cale parenterală, este de preferat să se administreze soluții uleioase de substanțe medicinale.

Cu calea de administrare parenterală, animalul este ținut cu capul în jos, animalul nu trebuie lăsat să se miște brusc în poziție îndoită. În acest scop, animalul este fixat cu un corzang în spatele capului, iar cu mâinile în spatele cozii. Cu ajutorul pensetei anatomice sau a unei mici cleme Kocher se trage de peretele abdominal, în timp ce organele abdominale coboară, apoi pun peretele abdominal fixând 2 puncții: 1 prin piele, 2 prin peretele muscular al peritoneului. După aceea, medicamentul este injectat în cavitatea abdominală. Dovada administrării corecte a medicamentului în cavitatea abdominală este absența complicațiilor în cavitatea abdominală și starea activă a animalului după injectare, cu condiția administrării de substanțe nenarcotice. Cu o singură puncție, introducerea va fi subcutanată.

Laboratorul #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 de șobolan primitor, hipotalamus de șobolan primitor, șobolan donator, reactivi necesari pentru prepararea extractului de hipofizar și hipotalamus, pense, clemă Kocher, seringă intravenoasă, foarfece, heparină, tuburi de colectare a sângelui, suport, balanță de torsiune, baie de apă, termometru, eter pt. anestezie.

Progres

Lucrul 1. Determinarea conținutului de corticotropină în glanda pituitară.

Perspectiva metodei este de a determina creșterea volumului de 11-OCS în plasma sanguină a șobolanilor primitori. După ce le-au administrat extractele hipofizare test. Pentru a determina conținutul de corticotrpină, se construiește preliminar 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. Hipofiza a fost apoi cântărită și triturată complet în 100 ml de acid acetic glacial. Batonul a fost clătit cu aceeași cantitate de acid acetic. După aceea, Cupa a fost plasată într-o baie de apă și evaporată la t 70 aproximativ C timp de 30 de minute. Extractul rezultat a fost diluat în 2 ml de bidistilat și neutralizat cu NaHC03 1 molar, apoi diluat până la masa dorită cu o soluție Krebs-Ringer care conține bicarbonat și glucoză. La diluarea extractelor hipofizare, s-a ținut cont de faptul că 100 μg de pulbere acetonată trebuie administrate unui șobolan primitor.

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 prednison la o rată de 6 mg per 100 g greutate corporală. Doza indicată de corticosteroid prin principiul feedback-ului blochează sistemul hipofizo-suprarenal al șobolanilor primitori, oprind secreția endogenă de corticotropină. O zi mai târziu, nivelul de 11-OCS din plasma sanguină este determinat la șobolani. Cantitatea necesară de extract de hipofizar a fost administrată intravenos și nivelul de 11-OCS a fost redeterminat la 1 oră după administrarea extractelor de hipofizare testate la șobolanii primitori. Folosind curba „logaritmului efectului dole”, conținutul de corticotropină în glanda pituitară a șobolanului experimental a fost determinat în miere/100 mgm țesut.

Laboratorul #5

Subiect: Metode biochimice în fiziologie.

Lectia 1. Determinarea 11-OCS în plasma sanguină.

Ţintă: pentru a determina modificarea volumului de 11-OCS în 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. Plasma trebuie să fie de 1 ml sau adusă la această cantitate cu bidistilat.

4. Se adaugă 6 ml de hexan în eprubetă, se agită timp de 20 s. Acest lucru elimină colesterolul din plasmă. Îndepărtați hexanii uzați cu o pompă cu jet de apă.

5. Se adaugă cloroform 10 ml, se agită timp de 1 min. 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. Agitați 1 minut și îndepărtați cu o pompă cu jet de apă.

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

9. Se adaugă 6 ml dintr-un amestec de alcool absolut (etil) cu H 2 SO 4 în extract, care rezistă testului din Savamo. Raportul dintre alcool și acid este de 1:3 (3 alcool și 1 acid). Se agită 1 minut și se lasă la rece la loc cald timp de o oră. În același timp, corticosteroizii se dizolvă într-un amestec de acid și alcool. După aceea, volumul 11-OKS este determinat cu ajutorul spectrofotometrului Kvant.

Echipament: set dublu de tuburi cu dop, 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, soluţie 0,1 NaOH, croroform, etanol 100%, H2S04 conform Sawamo (100%).

Metode de studiu a stării emoționale la șobolani

1. Test în câmp deschis

Perioada latentă de ieșire din pătratul central, numărul de linii încrucișate, poziții verticale, găuri examinate, spălări, defecații. În funcție de durata perioadei latente de ieșire din pătratul central și de numărul de linii încrucișate, s-a apreciat activitatea motrică, s-a apreciat numărul de rafturi verticale și găuri examinate în funcție de activitatea de explorare, numărul de spălări a indicat starea emoțională și anxietatea era judecată după numărul defecărilor.

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 efectuează în câmp deschis sub iluminare electrică de 3000 lux la un moment fix.

Testul 1. Perioada latentă de coborâre de la înălțime. Acest test este utilizat pentru a evalua comportamentul defensiv intens la șobolani. Șobolanii sunt așezați pe o casetă din material opac de 20x14x14 cm și se notează timpul de coborâre din casetă când șobolanul atinge câmpul cu toate cele 4 labe.

Testul 2. Perioada latentă de trecere prin gaură. Șobolanul este plasat într-o carcasă transparentă, împărțită în 2 compartimente cu o gaură de 7x10 cm în pereți despărțitori. Acțiunea este considerată finalizată atunci când șobolanul urcă în compartimentul 2 cu ambele labe. Dacă există ezitări când se efectuează o acțiune, se caută într-o gaură sau un transfer care a fost început, dar neterminat, scorul este de 0,5 puncte.

Testul 3. E timpul să pleci din casă. Animalul este așezat într-o casă transparentă din plexiglas 16x15x12 cm și ieșirea se închide cu un amortizor timp de 15 minute. Numărarea timpului începe din momentul în care se deschide ieșirea. În testele 1-3, șobolanul a fost returnat din mediul experimental nu mai devreme de 20 de minute după efectuarea acțiunii corespunzătoare sau după expirarea timpului de testare (180 s) în cazul eșecului efectuării acțiunii. 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 cu plasarea șobolanului în centrul câmpului, iar din acel moment s-a înregistrat timpul în care animalul a vizitat 4 pătrate centrale.

Pentru testele 1-4, notele au fost acordate în conformitate cu scara:

Testul 5 Evaluarea funcționării reacției de călcarea spontană și cu o schimbare bruscă a iluminării într-un cadru de câmp deschis. La 180 s după momentul în care animalul a fost plasat în câmpul de iluminare, iluminarea a fost schimbată brusc: s-a stins lumina puternică și s-a aprins o lampă simplă timp de 60 s, apoi s-a restabilit iluminarea. Pentru 300 de secunde de observație, a fost determinată distanța măsurată în pătrate pe care animalul a susținut. Fără modificări 0 puncte, jumătate de pătrat - 1 b, până la 2 pătrate - 2 b, mai mult de 2 pătrate - 3 b.

Testul 6. Umflarea-2. Încercarea experimentatorului de a ridica animalul. De asemenea apreciat.

Testul 7. Reacția de vocalizare.

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

Testul 9. Apăsarea urechilor.

Testele 6-9 sunt efectuate prin apropierea treptată a mâinii experimentatorului de pe partea laterală a botului, astfel încât șobolanul să poată vedea 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 la apropierea unei mâini

3b. - reactia persista dupa indepartarea mainii

În prezența reacțiilor spontane la testele 7-9, s-au adăugat 3 puncte suplimentare pentru fiecare. Apoi, a fost calculat scorul total pentru toate testele, care a fost folosit pentru a evalua nivelul general de anxietate (un indice integral al anxietății IPT).

Concluzie asupra glucozei: după construirea unei curbe de calibrare (care este determinată de 10 dimensiuni standard), s-a constatat că sângele animalului de experiment conținea 42 mm (l de glucoză).

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 creierului, unite în conceptul de inteligență artificială. Desigur, însăși știința mecanismelor creierului de comportament și a psihicului s-a îmbogățit cu idei cibernetice, s-au format noi domenii de cercetare - bionică, neurocibernetică etc.

STUDIUL BAZELE FIZIOLOGICE ALE COMPORTAMENTULUI

Evoluția speciilor este rezultatul îmbunătățirii adaptării la condițiile de mediu în schimbare. Organismele superioare pot exista doar într-un interval relativ restrâns de factori fizici (temperatură, radiații, gravitație) și chimici (stocul 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 ale organismelor 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 mediat de mecanisme centrale care evaluează informațiile primite și formează cele mai potrivite răspunsuri.

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 gustative, care vizează realizarea condițiilor externe necesare (de exemplu, păstrarea sau consumul de alimente, împerecherea) și 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 îl evită. Animalul se mișcă într-un gradient multidimensional de factori de mediu pentru a optimiza cantitatea totală de stimuli percepuți (de exemplu, atunci când accesul la hrană poate fi obținut numai în intervale de temperatură nefavorabile sau stimuli mecanici optimi sau chiar dăunători).

Astfel de schema relaţiilor dintre organisme şi mediu sugerează existenţa state centrale ipotetice(de exemplu, unitate, motivație) care rulează și susțin comportamente specifice. 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 reală. Condițiile de mediu semnificative la care se străduiește organismul sunt stimulente atractive și cei care sunt evitati) 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 anumitor comportamente cu stimuli aversivi pedeapsăşi 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 este încă un punct de plecare important al neurofiziologiei moderne. Repertoriul comportamental de bază este încorporat rigid în anumite rețele neuronale care asociază un răspuns specific (răspuns necondiționat – BR) cu un stimul specific (stimul necondiționat – BS). Aceste congenital(nedobândit în timpul antrenamentului) reactii sunt completate reacții dobândite (condiționate). la stimuli inițial neutri, care, atunci când sunt combinați în mod repetat cu BR, devin stimuli condiționati (CS), adică semnale ale abordării spațiale și/sau temporale a BR (Pavlov, 1927).

Dacă comportamentul înnăscut reflectă răspunsuri codificate genetic dobândite de generații prin procesul de selecție naturală, atunci comportamentul dobândit individual este asociat cu experiențele înregistrate în memoria organismului. Secvența de evenimente externe și/sau interne la care participă un animal poate provoca modificări mai mult sau mai puțin permanente în sistemul său nervos care stau la baza răspunsului la stimuli anterior ineficienți. Procesul corespunzător este numit învăţare, duce la acumularea de experiență sub formă de urme de memorie (engrame), a căror recuperare afectează comportamentul animalului. Abilitățile care nu mai îndeplinesc noile condiții se sting, iar aptitudinile care nu au fost folosite deloc de mult timp pot fi uitate.

Interacțiunea dintre organism și mediu poate fi diferită, ceea ce corespunde anumitor forme de comportament. În cazul în care un comportament de răspuns constă în reacții evocate de stimuli discreti, cum ar fi durerea, hrana, apoi comportamentul operant poate fi stimulat de nevoi interne și consta în manifestarea spontană a diferitelor reacții care implică în final 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, US provoacă de obicei același răspuns ca BS (salivația indusă de US acustic al prezentării 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 de atragere sau, dimpotrivă, animalul evită stimulii aversivi (de exemplu, apăsarea unei pârghii întărite de hrană, evitarea stimulilor dureroși prin sărituri). De regulă, condiționarea instrumentală afectează răspunsurile motorii ale mușchilor scheletici, în timp ce condiționarea clasică se limitează la funcțiile autonome îndeplinite de mușchii și glandele viscerale. Cu toate acestea, există multe excepții de la această regulă.

În psihologia tradițională stimul-răspuns (așa cum sugerează Skinner (1938), de exemplu), analiza comportamentală constă în stabilirea unui sistem de reguli care leagă condițiile de intrare (stimuli) cu stările de ieșire (reacții). Astfel, presupusele procese din centrii nervoși sau mecanismele ipotetice ale creierului conceptual nu sunt luate în considerare. În timp ce abordarea cutiei negre a adus o contribuție semnificativă la înțelegerea noastră a rolului mediului în controlul comportamentului, ea a extins doar marginal înțelegerea structurii interne și a funcției acestei cutii negre, adică creierul, ca despre traductor sau organ de mediere între intrare și ieșire. Acesta din urmă este zona de cercetare pentru specialiști - fiziologi și psihologi și sfera diferitelor discipline speciale (neurofiziologie, farmacologie, neurochimie), care fac parte din complexul de neuroștiințe. În neurofiziologie s-au înregistrat progrese semnificative în domeniul analizei reflexelor simple necondiționate ale măduvei spinării. Înțelegerea reflexului de întindere sau de flexie este atât de detaliată încât este posibil să se urmărească cu exactitate răspândirea fluxului aferent de impulsuri de la rădăcinile dorsale din măduva spinării până la formarea unei explozii eferente în rădăcinile ventrale. Conceptul de reflex condiționat (CR), introdus de Pavlov, face posibilă aplicarea aceleiași abordări analitice asupra reflexelor condiționate clasice. Cu toate acestea, chiar și cele mai simple SD-uri nu fac încă posibilă detectarea legăturii plastice decisive responsabilă pentru comutarea fluxului SS pe calea BR. La fel de neclare sunt mecanismele neuronale implicate în condiționarea operantă (reflexele condiționate instrumentale).

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

(O locatie structuri nervoase, care sunt responsabile pentru un anumit comportament, pot fi stabilite prin îndepărtarea maximă a regiunilor cerebrale la care se menține acest comportament, și/sau prin îndepărtarea minimă la care dispare. Blocarea funcțională a centrilor nervoși poate servi aceluiași scop.

(B) Substratul neural al reacției poate fi analizat prin găsirea ariei și a parametrilor optimi de stimulare electrică și chimică a acesteia 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 detecta răspândirea 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 mediatorilor, acizilor nucleici și proteinelor.

Cercetările neurofiziologice 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 rețelelor neuronale care sunt diferite de cele implicate în reproducerea ulterioară a experienței înregistrate. Locul de acumulare a informațiilor poate fi un punct de convergență al mecanismelor separate de scriere 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 perturbare 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 diverse forme de comportament este o condiție necesară pentru un studiu detaliat al modificărilor celulare și moleculare care stau la baza reorganizărilor plastice ale rețelelor neuronale. Micrometodele electrofiziologice, neurochimice și morfologice disponibile îndeplinesc pe deplin această cerință, cu condiția să fie utilizate la momentul potrivit și la legăturile esențiale. Crearea unui model comportamental adecvat pentru aplicarea eficientă a micrometodelor este o condiție prealabilă pentru un succes 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.

Proiectarea experimentelor

Pentru a planifica experimente, este necesar să se cunoască principiile și tacticile cercetării, abordarea științifică, care se formează cel mai bine în implementarea directă a experimentelor. Această carte este un ghid practic pentru experimentare. Se presupune că cititorul este familiarizat cu principiile de bază ale statisticii. Sfaturi practice introductive privind efectuarea de experimente în fiziologia comportamentului pot fi găsite în Sidowski și Lockard (1966) și Weiner (Wayner, 1971). Urmează o scurtă descriere care își propune să orienteze elevii 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 experimentului, adică poate stabili un control precis asupra așa-numitelor variabile independente, pentru a identifica impactul acestora asupra variabile dependente. Variabilele dependente în psihologia fiziologică pot fi orice caracteristici comportamentale sau fiziologice, 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), schimbarea regimului de întărire, dificultatea de învățare posterioară, durata privării de hrană sau factori precum vârsta, sexul, descendența genetică etc.

Pentru a minimiza interpretarea greșită a experimentelor asociate cu dificultatea de a distinge efectele intervențiilor experimentale de efectele altor variabile, este necesar să se introducă proceduri de control. Deci, de exemplu, atunci când se testează eficacitatea unei anumite proceduri (variabilă independentă), se folosește un grup de control. În mod ideal, grupul de control este examinat în același mod ca și grupul experimental, excluzând influența factorului studiat, pentru care 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 regiunilor creierului. O altă procedură comună de control, al cărei scop este reducerea influenței simultane a factorilor variabili, este aplicarea echilibrată a diferitelor influențe la același 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 tabelul cu numere aleatorii găsit în multe cărți de statistică (pur și simplu scoaterea animalelor dintr-o cușcă pentru a forma un grup nu este adecvată, deoarece animalele cele mai slabe sau cele mai pasive vor fi luate primele).

Datorită erorilor potențiale sau variabilității rezultatelor din cauza variabilelor necontrolate, măsurătorile sunt de obicei repetate și identificate. mijloc sau mediană mărimea.În măsurători repetate, se fac observații multiple pe aceleași animale, sau o observație pe mai multe animale, sau ambele. Cu cât există mai multe erori sau fluctuații asociate cu unele variabile necunoscute sau necontrolate, cu atât este mai probabil ca măsurătorile repetate să difere și astfel variabilitatea măsurătorilor în raport cu medie va fi mai mare. analize statistice folosit de obicei pentru a evalua gradul de încredere în diferențele observate între grupurile experimentale și de control sau condițiile experimentale. De exemplu, o diferență între două medii este în mod tradițional considerată semnificativă (adică nu aleatorie) atunci când există cel puțin 95 din 100 de șanse ca diferența să fie de fapt adevărată.

Analiza științifică, bazată pe observații naturaliste sau pe experimente de laborator, se bazează pe măsurători, cu ajutorul cărora observațiilor li se conferă un caracter cantitativ. Așa-numitul nivel de măsurare determină ce operații aritmetice pot fi aplicate numerelor, ceea ce, prin urmare, determină utilizarea metodelor statistice adecvate. Cercetătorul trebuie să țină cont de nivelul măsurătorilor și să prevadă natura prelucrării statistice a rezultatelor deja atunci când planifică experimente, deoarece aceste considerații vor ajuta la deciderea cu privire la acuratețea instrumentelor de măsurare și la numărul necesar de experimente.

Există patru niveluri generale de măsurare sau evaluare care trebuie distinse: nominal, obișnuit, interval și relativ. 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 sunt comparate folosind statistică binomială. Dacă este posibil să ordonăm observațiile astfel încât să fie într-o relație între ele (de exemplu, „mai mare decât”, „mai puțin decât”, etc.), atunci ne vom ocupa de scara obisnuita. Dacă, în plus, este posibil să detectăm intervale între numere pe o astfel de scară, atunci ne vom ocupa 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, de exemplu, scările de înălțime, masă, atunci se va atinge cel mai înalt nivel de măsurare, adică. scala de corelare. Parametrii măsurați folosind o scară nominală sau obișnuită sunt procesați folosind statistici neparametrice(de exemplu, teste χ 2 (Connover, 1971; Siegel, 1956)), în timp ce datele măsurate pe o scară de interval și raport sunt de obicei procesate folosind metode statistice parametrice(de exemplu, teste t) (dacă diferite ipoteze despre parametrii populației din care este luat exemplul se potrivesc cu datele). Parametrii populației supuși unor proceduri statistice neparametrice nu trebuie să se conformeze anumitor condiții, cum ar fi o distribuție normală. Prin urmare, aceste proceduri sunt utilizate pe scară largă în experimentele de psihologie fiziologică, unde măsurătorile sunt de obicei efectuate la nivel obișnuit 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 derivate din evenimente independente, o statistică neparametrică utilă este U-gest Mana - Whitney. Atunci când se utilizează o schemă diferită de experimente, animalul servește ca un control al lui însuși, ca în cazul comparării comportamentului înainte și după injectarea medicamentului și la îndepărtarea unor părți ale creierului. Estimarea standard neparametrică pentru astfel de date, obținută în prezența evenimentelor conexe, este criteriul pentru perechi conjugate de ranguri Wilcoxon semnate(Siegel, 1956). În plus, metode neparametrice sunt folosite pentru analiza datelor obținute în texte repetate, din care se construiesc curbele de învățare și curbe de reactivitate (Krauth, 1980).

În această carte, șobolanii sunt folosiți ca animale de experiment pentru majoritatea experimentelor. Pentru o introducere detaliată a procedurilor generale de laborator, inclusiv îngrijirea și manipularea animalelor, în special a șobolanilor, cititorii sunt sfătuiți să consulte Baker și colab.(1979), Ferris (Harris, 1957), Goodman și Gilman (Goodman și Oilman 1975). , Lane-Pettere și colab. (1967), Leonard (Leonard, 1968), Myers (Myers, 1971 a), Mann (Munn, 1950) și Short și Woodnott (scurt

şi Woodnott, 1969).

În cercetarea comportamentală, cele mai frecvent utilizate tulpini de șobolani sunt tulpinile Long Evans cu glugă; linii albe Sprague-Dawley și Wistar. Pentru a obține și compara rezultate, este de dorit să se utilizeze linii standard. Cu toate acestea, gradul de versatilitate al 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 cu standarde detaliate pentru adăpostire, hrănire, igienă, îngrijire postoperatorie (vezi referințele de mai sus) și cunoașterea bolilor comune ale animalelor (Myers, 1971a; ShortandWoodnott, 1969).

Majoritatea experiențelor 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 ar trebui să țină întotdeauna cont de acest lucru și să încerce să reducă pe cât posibil disconfortul animalului de experiment.

Următoarele sunt recomandări pentru testarea pe animale care formează una dintre secțiunea „Principii pentru utilizarea animalelor” din Ghidul pentru subvenții și contracte din 1978 al National Institutes of Health:

"unu. Experimentele în care vertebratele vii și țesuturile organismelor vii sunt folosite pentru cercetare ar trebui să fie efectuate sub supravegherea unor biologi, fiziologi sau medici calificați.

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 și inutile.

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

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

6. Experimentele trebuie efectuate în așa fel încât să nu supună animalul unei suferințe inutile și să nu-i facă rău.

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

8. Dacă experiența în sine provoacă mai mult disconfort pentru animal decât anestezia, atunci este necesar să aduceți animalul (prin aplicarea anesteziei) într-o stare în care nu percepe durere și să mențineți această stare până la finalizarea experimentului sau a procedurii. 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 ar trebui monitorizate îndeaproape de conducere sau de un alt ofițer superior calificat.

9. Îngrijirea post-experimentală a animalelor trebuie să reducă la minimum disconfortul și consecințele traumei provocate animalelor ca urmare a experimentului, în conformitate cu practica acceptată în medicina veterinară.

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 va fi distrus până la moartea lui.”

În aproape toate cazurile de testare comportamentală și neurologică, care sunt descrise în capitolele următoare, este necesară manipularea animalelor. Animalul trebuie să fie obișnuit cu această procedură cu câteva zile înainte de începerea experimentului. O astfel de manipulare presupune scoaterea animalului din cușcă cu mâna, așezarea lui pe masă, mângâierea ușoară și transferarea 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 sau să aplicați prea multă presiune asupra animalului. Este mai bine să luați animalul din spate sub omoplați, aducând 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 fie încrucișate, atunci nu va putea mușca.

Când sunt ridicați frecvent, șobolanii de laborator devin destul de îmblânziți și ușor de manevrat. Este de dorit să se folosească un asistent pentru a administra medicamente, 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; acest lucru se face prin prinderea animalului așa cum este descris mai sus și apoi balansându-l încet înainte și înapoi într-un arc larg.

metoda conventionala marcajeleșobolani este aplicarea de tăieturi sau găuri la urechile animalului în timp ce acesta este sub anestezie. Urechile animalului sunt subțiri și nu sângerează mult. Metoda preferată este de a marca corpul și coada cu un colorant biologic, cum ar fi acid picric galben sau carbofuchsin roșu. Acest sistem binar permite codificarea individuală a 63 de șobolani. (Dacă folosiți mai mulți șobolani, codificați-i numai în 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 a tehnologiei electronice, dispozitivelor de analiză și calculatoarelor electronice, precum și metodelor de cercetare biochimică și farmacologică în practică. de experiment fiziologic. În ultimii ani, în fiziologie, metodele calitative sunt completate de 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 sunt implicați în dezvoltarea de noi abordări metodologice.

Îmbunătățirea rapidă a tehnologiei electronice a deschis noi căi pentru cunoașterea multor procese fiziologice, ceea ce anterior era imposibil în principiu.

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

SCHEMA RELAȚIILOR ÎNTRE INSTRUMENTE ȘI OBIECTE DE STUDIU

În studiul funcțiilor fiziologice folosind diferite echipamente în experiment și în clinică, se formează sisteme deosebite. Ele pot fi împărțite în două grupe: 1) sisteme pentru înregistrare diverse manifestări ale activităţii vitale şi analiza datelor obţinute şi 2) sisteme pt impact asupra unui organism sau a unităţilor sale structurale şi funcţionale.

Pentru a vizualiza 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 elevi pentru a ilustra protocoalele experimentelor 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 dispozitivelor și dispozitivelor.

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 . Exemple sunt măsurarea temperaturii cu un termometru cu mercur, înregistrarea ritmului cardiac cu un pix și kimograf, înregistrarea respirației cu o capsulă Marais, pletismografia folosind un pletismograf cu apă, detectarea pulsului etc. Se arată configurații reale pentru pletismografie, înregistrarea motilității gastrice și înregistrarea respirației. în fig.

O schemă bloc a sistemului care permite înregistrarea proceselor bioelectrice din organism este prezentată în fig. \, AT. Este alcătuit dintr-un obiect de studiu, electrozi de conectare, 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 un număr de procese neelectrice, acestea trebuie mai întâi convertite în semnale electrice. Pentru aceasta se folosesc diverși senzori. Unii senzori înșiși sunt capabili să genereze semnale electrice și nu au nevoie de energie de la o sursă de curent, alții au nevoie de această putere. Mărimea semnalelor senzorilor este de obicei mică, astfel încât acestea trebuie mai întâi amplificate pentru a fi înregistrate. Sistemele care utilizează senzori sunt utilizate pentru balistocardiografie, pletismografie, sfigmografie, înregistrarea activității motorii, a tensiunii arteriale, a respirației, la determinarea gazelor din sânge și din 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 muncii și activităților sportive, indiferent de distanța dintre obiectul de studiu și cercetător.

Sistemele menite să influențeze organismul sau unitățile sale structurale și funcționale au efecte variate: de pornire, stimulatoare și inhibitoare. Metodele și opțiunile de expunere 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, este posibil să influențezi analizatorul vizual cu lumină, analizorul auditiv cu sunet și analizorul olfactiv cu diverse mirosuri.

În experimentele fiziologice, este adesea folosit ca stimul. electricitate, Ca urmare, larg răspândit stimulatoare electronice de impulsși electrozi de stimulare. Stimularea electrică este utilizată pentru a irita receptorii, celulele, mușchii, fibrele nervoase, nervii, centrii nervoși etc. Dacă este necesar, se poate aplica stimularea biotelemetrică (Fig. 4, LA). 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 foarte mult posibilitățile de experimente fiziologice. Aceste sisteme pot fi combinate în diferite moduri.

ELECTROZI

În cercetarea fiziologică electrozi sunt legătura dintre obiectul de studiu și instrumente. Sunt folosite pentru a aplica vid sau pentru a înregistra (înlătura) activitatea bioelectrică a celulelor, țesuturilor și organelor, deci sunt de obicei împărțite în stimulatoare . Unul și același electrod poate fi folosit atât ca electrod de stimulare, cât și ca electrod de retragere, deoarece nu există nicio diferență fundamentală între ele.

În funcție de metoda de înregistrare sau iritare, se disting electrozii bipolari și unipolari. Cu metoda bipolară, doi electrozi identici sunt utilizați mai des, cu metoda unipolară, electrozii diferă atât prin scop funcțional, cât și prin design. În acest caz, electrodul activ (de tăiere) este plasat în zona biopotențialelor sau în zona țesutului care urmează să fie stimulat.

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 fie să nu aibă propriul potențial (de exemplu, o zonă de țesut mort, un mediu conductor electric lichid care înconjoară obiectul de studiu), fie această zonă trebuie selectată. cu un potențial mai scăzut și relativ stabil (de exemplu, un lobul urechii). Electrozii indiferenți sunt adesea plăci de argint, staniu, plumb sau alt metal.

În funcție de locație, electrozii sunt împărțiți în superficialși submersibil. Electrozii de suprafață sunt fixați fie pe suprafața obiectului de studiu (de exemplu, la înregistrarea ECG, EEG), fie pe structuri pregătite și expuse (în timpul stimulării nervoase, îndepărtarea potențialelor evocate de pe suprafața cortexului cerebral etc.) .

Electrozii imersibili 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 aceștia). Acești electrozi au un design special, care ar trebui să asigure un contact bun cu obiectul de studiu și izolarea fiabilă a restului părții conductoare 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. Prin urmare, electrozii nu ar trebui să aibă potențiale de polarizare, care în unele cazuri pot distorsiona semnificativ rezultatele studiilor. Valoarea potențialului de polarizare depinde de materialul din care este realizat electrodul, precum și de proprietățile și parametrii curentului electric.

Electrozii din metale nobile, aur, argint și platină, au o capacitate mai mică de polarizare. Polarizarea practic nu are loc dacă curge prin electrozi variabil sau curent electric de impuls cu schimbarea polarității pulsului. Posibilitatea polarizării electrodului crește atunci când interacționează cu curentul monofazic direct sau pulsat. Probabilitatea de polarizare este cu atât mai mare, cu atât este mai mare curentul care trece prin electrod și timpul lung de acțiune al acestuia. Este asociat cu procese electrochimice care au loc între materialul electrodului și mediul electrolitic din jur. 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 sunt expuse la un obiect cu curent continuu și atunci când deviați potențiale constante sau care se schimbă lent, se folosesc electrozi nepolarizanti.

În experimentele electrofizice se folosesc cel mai des electrozi nepolarizabili de următoarele tipuri: argint - clorură de argint, platină - clorură de platină și zinc - sulfat de zinc.

Electrozi de argint la contactul cu un fluid tisular care contine cloruri, acestea sunt rapid acoperite cu un strat de clorura de argint si apoi polarizate cu dificultate. 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 soluție de NaCl 0,9% sau soluție de NaCl 0,1 N. HC1, care are deja un electrod de carbon.

Anodul (+) este conectat la electrodul de argint, iar catodul (-) al oricărei surse de curent continuu (baterie, acumulator, redresor etc.) cu o tensiune de 2–6 V este conectat la electrodul de carbon. prin electrozi se trece cu o densitate de 0,1 până la 10. A/m 2 până când electrodul este acoperit cu un strat continuu de clorură de argint. Se recomandă efectuarea acestei operațiuni pe întuneric. Electrozii clorurați gata sunt depozitați în soluția Ringer la întuneric.

nepolarizabil electrozi de platină poate fi realizată după cum urmează. Sârma de platină se spală cu apă distilată și se scufundă în acid sulfuric concentrat timp de câteva minute, apoi se spală bine în apă distilată, după care doi electrozi de platină sunt scufundați 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.

Cu ajutorul unui 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 conectat la anodul sursei de curent în ultima operație de trecere a curentului. Electrodul finit trebuie spălat și depozitat în apă distilată.

Electrozi de tip nepolarizabil 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 primește o formă care este convenabilă pentru contactul cu obiectul. Uneori se face un dop din gips 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 se păstrează 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 țesuturile obiectului de studiu. Aceasta - implantat electrozi.

SENSORI

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

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

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

Trebuie remarcat faptul că o astfel de împărțire a senzorilor este condiționată, deoarece atât generatorul, cât și senzorii parametrici se bazează pe efectele 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, o schimbare a centrului de greutate al corpului în timpul redistribuirii sângelui, tensiunea arterială, umplerea sângelui vasele de sânge, gradul de saturație a sângelui cu oxigen și dioxid de carbon și zgomote și suflu ale inimii, temperatura corpului și multe altele.

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

Senzorii piezoelectrici au o anumită capacitate (100-2000pf), astfel încât pot distorsiona semnalele sub câțiva herți. Ele sunt practic lipsite de inerție, ceea ce le permite să fie utilizate pentru a studia procese în schimbare rapidă.

senzori termoelectrici. Acest tip de senzor transformă schimbările de temperatură în curent electric. (termocuplu) sau modifică sub influența temperaturii puterea curentului din circuitul electric (termistoare). Senzorii termoelectrici sunt utilizați 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 sa se folosesc diverse materiale: platină, cupru, fier, wolfram, iridiu, constantă, cromel, copel etc. Într-un termocuplu format din cupru și constantan, cu o diferență de temperatură a compușilor săi de 100 ° C, apare o forță electromotoare de aproximativ 4 mV.

termistori - Acestea sunt rezistențe semiconductoare capabile să-și scadă 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 electrotermometre.

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 efect fotoelectric extern sunt cilindri cu vid sau cu gaz . Cilindrul contine doi electrozi: un catod acoperit cu un strat de metal (cesiu, antimoniu), capabil sa emita electroni sub actiunea luminii (efect fotoelectric extern) si un anod. Fotocelulele de acest tip necesită putere suplimentară pentru a crea un câmp electric în interiorul celulei; sunt conectate la rețeaua DC. Sub acțiunea luminii, catodul emite electroni care se îndreaptă spre anod. Curentul generat în acest fel servește ca indicator al intensității fluxului luminos. Fotocelulele 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 strat de barieră utilizat într-un număr de dispozitive medicale (de exemplu, în monitoare de ritm cardiac, oximetre etc.). Acest tip de fotocelulă este o placă de fier sau oțel 1, pe care se depune stratul 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 semiconductorul 5. Pentru un contact sigur, pelicula din jurul perimetrului este etanșată cu un strat mai gros de metal 3. La fabricarea unei fotodiode, se formează un strat de barieră fie între semiconductor și plachetă, fie între semiconductor și film.

Când fotodioda este iluminată, cuantele de lumină scot electronii din semiconductor, care trec prin stratul de barieră și încarcă negativ un electrod; semiconductorul însuși și celălalt electrod devin încărcate pozitiv. În consecință, fotodioda, atunci când este iluminată, devine un generator de energie electrică, a cărei magnitudine depinde de intensitatea fluxului luminos. Biblioteca foto a fotodiodelor poate fi crescută semnificativ dacă o tensiune de la o sursă externă de curent continuu este aplicată electrozilor fotodiodei.

Fotorezistente au capacitatea de a-și modifica rezistența activă sub influența fluxului luminos. Au sensibilitate ridicată într-o gamă largă de radiații de la infraroșu la raze X. Sensibilitatea lor depinde de valoarea tensiunii 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 echilibrul 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. Aspectul senzorului cu fotocelulă folosită pentru tahometria ritmului cardiac.

senzori inductivi. 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 conductorului într-un câmp magnetic perpendicular pe direcția liniilor de forță magnetice sau atunci când câmpul magnetic se mișcă în raport cu conductorul.

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

Există diferite tipuri de senzori ohmici . În reostat și poteniometric La senzorii ohmici, o modificare a rezistenței lor se realizează prin deplasarea unui contact mobil, 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 fabricării rezistenței senzorului, de stabilitatea sa naturală și de alți factori. Acești senzori au un design simplu, dimensiuni și greutate reduse și pot fi incluși în circuitele DC și AC. Cu toate acestea, prezența unui contact în mișcare limitează durata de viață a acestor senzori.

În senzori ohmici cu fir bobinat (celule de sarcina) 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 mici, inerția masei și sunt convenabile pentru studierea deplasărilor mici.

Pe lângă calibrele convenționale de sârmă, în ultimii ani au fost utilizate pe scară largă senzori cu semiconductori(de exemplu, hedistori), în care sensibilitatea la deformare este de 100 de ori mai mare decât cea a celor de sârmă.

senzori capacitivi. Principiul de funcționare al acestor senzori se bazează pe faptul că indicatorii fiziologici convertiți (presiune, modificări ale volumului unui organ) afectează anumiți parametri ai senzorului (constanta dielectrică, aria plăcilor, distanța dintre plăci) și modificându-și astfel 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 este utilizat pe scară largă în echipamentele electrofiziologice și de diagnosticare. Ele sunt utilizate, de exemplu, în monitoare de tensiune arterială, pletismografe, sfigmografe și alte dispozitive care sunt concepute pentru a converti cantități neelectrice care reflectă funcțiile fiziologice în cantități electrice proporționale. Designul real al senzorului capacitiv este prezentat în fig. 2d și 7d, iar 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 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 deplasări relativ mari (mai mult de 5-10 mm), se folosesc senzori inductivi cu miez în mișcare. . Acest tip de senzor este utilizat în unele modele de balistocardiografie. Pentru a converti deplasări mici (mai puțin de 5 mm), pot fi utilizați senzori cu un spațiu 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.

CIRCUIT DE MĂSURARE

Orice tip de senzor care convertește o anumită funcție într-un semnal electric trebuie inclus în circuitul de măsurare. Următoarele scheme de măsurare sunt cele mai utilizate: circuit de punte alimentat cu curent continuu sau alternativ, circuit diferential, precum și circuit oscilator, care includ dispozitive de măsurare (înregistrare). Sensibilitatea circuitelor de măsurare diferențială este mai mare decât a celor în punte.

Astfel, dispozitivele electrice utilizate pentru măsurarea cantităților neelectrice ale diferitelor 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, prin urmare, în acesta sunt introduse amplificatoare DC sau AC.

Transformarea proceselor neelectrice în cele electrice prezintă oportunități ample pentru înregistrarea acestora. Acest lucru se datorează nu numai avantajelor pur tehnice, ci și preciziei măsurării cantităților înregistrate, confortului de a compara datele diferitelor experimente și posibilității de prelucrare a acestora cu ajutorul computerelor. Este important ca această metodă să facă posibilă păstrarea unei evidențe sincrone a proceselor electrice și neelectrice în aceleași coordonate de timp, să le compare, să dezvăluie relațiile cauză-efect existente între ele etc., adică oferă noi oportunități pentru studiul proceselor fiziologice.

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 - în mili- și microamperi, tensiunea - în mili-microvolți. Prin urmare, este extrem de dificil sau chiar imposibil să le înregistrezi fără o amplificare prealabilă. Folosit pentru a amplifica semnale electrice mici. amplificatoare. Ele sunt esențiale pentru multe circuite de măsurare și sunt construite folosind tuburi vidate sau dispozitive semiconductoare.

Să luăm în considerare pe scurt principiul de funcționare al triodei și al amplificatorului, concepute pe baza acestei lămpi. . Dacă în circuitul de filament al triodei (A) porniți sursa de alimentare, catodul se încălzește și emite electroni, adică emisia de electroni a catodului (B). Cu o includere suplimentară a unei surse de curent continuu între anod și catod, electronii emiși de catodul încălzit se deplasează către anod, ceea ce provoacă aspectul curentului o anumită putere (LA). Puterea acestui curent poate fi controlată prin aplicarea unei tensiuni la grila triodei. Dacă se aplică un potențial pozitiv grilei triodei, atunci 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 capta modificările curentului care trece prin triodă și a-l converti într-o tensiune în schimbare, în circuitul anodului este inclusă o rezistență. Ra ( E ), a cărui valoare afectează semnificativ proprietățile etapei de amplificare. 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; în plus, rezistența circuitului anodic este de 10 kOhm, atunci căderea de tensiune pe această rezistență va fi de 10 V. Cu o creștere a unei rezistențe la 100 kOhm și celelalte lucruri fiind egale, căderea de tensiune va fi de 100 V. Prin urmare, în primul caz, tensiunea de intrare este amplificată cu un factor de 10, iar în al doilea caz, cu un factor de 100, i.e. câștigul va fi de 10 și respectiv 100.

În cazurile în care o treaptă de amplificare nu oferă câștigul dorit, utilizați amplificatoare cu mai multe trepte. Comunicarea între trepte în amplificatoarele de curent alternativ se realizează prin condensatoare de cuplare C 1 și De la 2, cu ajutorul căruia componenta variabilă a tensiunii anodice din treapta anterioară este transmisă la intrarea următoarei. Nu există condensatori de decuplare în amplificatoarele de curent continuu. Câștigul întregului amplificator depinde de câștigul etajelor 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 sunt legătură. Ele nu ar trebui să denatureze natura procesului studiat. Prin urmare, înainte de a ne referi la caracteristicile tehnice ale amplificatorului, este necesar să cunoașteți proprietățile electrice ale semnalului (biopotențialul) unui obiect sau senzor viu și, de asemenea, să luați în considerare rezistența internă a sursei de semnal.

O caracteristică suficient de completă a semnalului este dată de formula care determină volumul semnalului: V = TFH, unde V – volumul semnalului (biopotențial), T este durata acestuia, F – lățimea de bandă a semnalului H - excesul de amplitudine a semnalului față de zgomot. Canalul de comunicație poate fi caracterizat și prin trei valori: T k este timpul în care canalul își îndeplinește funcțiile, F K este banda de frecvență pe care canalul este capabil să o treacă și N la - banda de niveluri în funcție de limitele de sarcină admise, adică de sensibilitatea minimă și amplitudinea maximă a semnalului aplicat la intrarea amplificatorului.Produsul acestor mărimi se numește capacitatea canalului: V K \u003d G la F K I la

Transmiterea semnalului printr-un canal de comunicație (printr-un 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 pe acest canal fără pierdere de informații este imposibilă.

Unele efecte 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 cu 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 obținute diferă considerabil unele de altele, ceea ce este determinat doar de parametrii amplificatoarelor. Amplificatorul cu care au fost înregistrate înregistrările inferioare avea parametri care depășeau 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 a depășit caracteristicile semnalului, astfel încât potențialele evocate sunt 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 impedanța internă a sursei de semnal este mai mare sau egală cu impedanța 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. În aceste cazuri, se folosesc amplificatoare cu un adept de catod, iar în circuitele de tranzistori - cu un adept de emițător realizat pe tranzistoare cu efect de câmp.

În laboratoarele fiziologice, cele mai frecvente sunt utilizate două tipuri de amplificatoare: amplificatoare AC și amplificatoare DC.

amplificatoare AC. Amplificatoarele de acest tip constau din mai multe trepte de amplificare interconectate prin intermediul condensatorilor 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, ceea ce face posibilă înregistrarea clară a semnalelor cu o amplitudine inițială de câțiva microvolți. Câștigul și lățimea de bandă ale frecvențelor sunt de obicei ajustabile. UBP-1-03, UBF-4-03 pot fi menționate ca exemple de amplificatoare produse pe plan intern. Aceste dispozitive sunt folosite pentru a amplifica 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 registratorilor autohtoni.

amplificatoare DC. Aceste amplificatoare nu au condensatoare de cuplare. Între treptele individuale au o conexiune galvanică, astfel încât limita inferioară a frecvenţelor transmise ajunge la zero. Prin urmare, acest tip de amplificator poate amplifica oscilațiile arbitrar lente. În comparație cu amplificatoarele AC, aceste amplificatoare au un câștig mult mai mic. De exemplu, UBP-1-0.2 are un câștig de curent alternativ de 2,5-1 0 6 și un câștig de curent continuu de 8 10 3 . jto se datorează faptului că, odată cu creșterea câștigului amplificatorului DC, stabilitatea funcționării scade, 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) DE UZ GENERAL

Recorderele sunt necesare pentru transformarea potențialelor electrice care le vin de la electrozii sau senzorii de ieșire (deseori după amplificarea necesară) în procese percepute de simțurile noastre. Înregistratoarele pot converti și afișa procesul sau funcția investigată sub diferite forme, de exemplu, în deviația acului instrumentului de măsurare, indicația digitală, deviația fasciculului pe ecranul osciloscopului, înregistrarea grafică pe hârtie, bandă fotografică sau magnetică, precum și sub formă de semnale 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 scanare în timp a procesului (mecanism de unitate de bandă, scanare electronică). În plus, reportofonele moderne pot conține o serie de unități și sisteme auxiliare, cum ar fi comutatoare, amplificatoare, calibratoare de câștig și timp, sisteme optice pentru fotografiere etc.

În echipamentele de înregistrare medicală sunt cele mai utilizate trei tipuri de traductoare, create pe baza a trei principii diferite pentru transformarea energiei oscilațiilor potențialului electric.

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

3. Utilizarea proprietății materialelor feromagnetice de a fi magnetizate sub influența unui câmp magnetic și de a-l păstra condiție. Pe acest principiu sunt construite diferite tipuri de magnetografe și magnetografe.

galvanometre si vibratoare. Aceste dispozitive au același principiu de funcționare, dar diferă în design și, prin urmare, diferă semnificativ între ele 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 deplasarea conductorului (prin care circulă curentul electric) într-un câmp magnetic constant. Un conductor de curent 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 diferitelor sisteme capabile să afișeze mișcarea elementelor în mișcare ale galvanometrelor (vibratoare) face posibilă proiectarea diferitelor tipuri de înregistratoare, de exemplu, un galvanometru cu corzi, un galvanometru în oglindă, un osciloscop cu buclă, înregistratoare cu o înregistrare direct vizibilă ( stilou cu cerneală, inkjet, copiator, termică, imprimare 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 șirurilor pot fi proiectate pe un ecran folosind un sistem optic și pentru înregistrarea pe hârtie fotografică sau film în mișcare.

Galvanometrele cu corzi sunt relativ rapide; modelele lor avansate sunt capabile să reproducă semnale 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 au fost folosite pentru a înregistra electrocardiograma și potențialele de membrană ale celulelor.

Galvanometru cu oglindă. Dacă o oglindă de lumină mică este fixată pe o buclă sau cadru cu mai multe ture 6, atunci când trece un curent, acesta se va deplasa 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, pe scara căruia se apreciază direcția și mărimea deflexiei 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-numita osciloscoape cu buclă.

Pentru a înregistra progresul studiat și pentru a-l monitoriza, osciloscoapele cu buclă folosesc un sistem optic special . De la iluminator 1 fascicul de lumină prin lentila 2 și diafragma 3 folosind o oglindă 4 este îndreptată către oglinda galvanometrului 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 o unitate de bandă 8. Al doilea fascicul folosind o lentilă cilindrică - o prismă 9 este direcționat către un tambur cu oglindă cu mai multe fațete rotative 10 și, reflectată din el, cade pe un ecran mat 11. Datorită rotației tamburului oglinzii, procesul studiat este desfășurat pe ecran și servește 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 o intrare direct vizibilă. La înregistratoarele de acest tip, convertoarele de semnal electric sunt vibratoare magnetoelectrice (cadru) sau electromagnetice, pe elementele mobile ale cărora, în loc de oglindă, sunt fixate 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 fixat pe un cadru sau ancora feromagnetică 2, care se află în câmpul unui magnet 1 . Pene conectate printr-un tub elastic 4 cu rezervor de cerneală 3. Procesul studiat este înregistrat pe o 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, registratorii cu stilou de cerneală au o serie de dezavantaje semnificative. Sunt inerțiale și nu permit înregistrarea oscilațiilor electrice cu o frecvență care depășește 150 Hz. În acest sens, ele sunt improprii, 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, datorită mișcarea arcuită a stiloului pe hârtie.

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

Metoda de înregistrare cu jet este foarte sensibilă și are o inerție mică. 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 înregistratoare necesită utilizarea unor cerneluri speciale de foarte înaltă calitate (uniformitate compoziției).

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

Osciloscoape electronice (catodice). Acestea sunt dispozitive de înregistrare universale. Sunt practic inerțiale și datorită prezenței amplificatoarelor au o sensibilitate ridicată. Aceste dispozitive fac posibilă investigarea și înregistrarea oscilațiilor atât lente, cât 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 fluxului de electroni emis de catod și focalizat de sistemul de lentile electronice cu câmpul electrostatic sau electromagnetic al electrozilor deflectori.

Tubul cu raze catodice este format dintr-un recipient de sticlă, în interiorul căruia se află o sursă de electroni în vid înalt și un sistem de electrozi (ghiduri, focalizare și deflectare) 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 direcționate către ecranul 9, acoperite cu un fosfor (o substanță care are capacitatea de a străluci atunci când interacționează cu electronii). grila de control 3 are un potențial negativ față de catod, a cărui valoare este reglată de un potențiometru 10. Când potențialul rețelei este modificat (folosind un potențiometru), densitatea fluxului de electroni în fasciculul de electroni se modifică și, în consecință, luminozitatea fasciculului de pe ecran se modifică. Focalizarea fasciculului de electroni se realizează cu ajutorul unui 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 sunt alimentate cu potențiale de la amplificatoare orizontale. (b, x 1și x 2)și verticală (a, y 1și la 2) devierea fasciculului. Dacă se aplică o tensiune cu dinți de ferăstrău plăcilor de deviere orizontale, atunci fasciculul osciloscopului se va deplasa în plan orizontal de la stânga la dreapta. Schimbând modul de funcționare al generatorului de tensiune cu dinți de ferăstrău, puteți controla viteza de baleiaj, adică viteza fasciculului care trece prin ecranul osciloscopului. Acest lucru este necesar deoarece procesele (semnalele) studiate au parametri timp-frecvență diferiți.

Procesul (semnalul) investigat este aplicat de obicei plăcilor deflectătoare 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) la axe, adică implementează procesul studiat.

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

Magnetografii.Înregistrarea proceselor electrice pe o bandă feromagnetică este convenabilă deoarece informațiile înregistrate în acest mod pot fi stocate timp îndelungat și reproduse de mai multe ori. Cu ajutorul diverșilor registratori, poate fi convertit într-o înregistrare vizibilă cu o scară de scanare diferită. Aceste informații pot fi procesate după încheierea experimentului folosind diverse dispozitive automate și calculatoare electronice. Magnetografele fac, de asemenea, posibilă înregistrarea protocolului experimentului.

CALCULATELE ELECTRONICE

În condițiile moderne, calculatoarele sunt parte integrantă a laboratoarelor de cercetare, deoarece calculatoarele electronice măresc semnificativ eficiența cercetătorilor.Introducerea datelor despre procesul studiat se poate face în diferite moduri: ) sau dintr-un mediu de stocare intermediar (de exemplu, dintr-un card perforat sau 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 (după programe date) într-un calculator pot fi prezentate sub diferite forme: sub forma unui tabel tipărit pe o imprimantă digitală; sub forma unui grafic construit de un plotter grafic; 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, calculul, analiza matematică a rezultatelor, ci și de nevoia de a întocmi tabele și de a construi grafice.

DISPOZITIVE PENTRU SCOP SPECIAL

Dispozitivele cu scop special sunt de obicei concepute pentru a înregistra orice funcție sau proces, de exemplu, electrocardiograme, electroencefalograme, electrogastrograme etc. Un astfel de echipament specializat, de regulă, este compact, ușor de operat și convenabil pentru cercetarea clinică. Este format din diverse blocuri (sisteme) de uz general, prin urmare, 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 manualul de instrucțiuni furnizat împreună cu dispozitivul.

Electrostimulatoare. Până la mijlocul acestui secol, bobinele de inducție erau folosite pentru stimularea electrică a obiectelor biologice, care acum sunt complet înlocuite de electrostimulatoare. Un electrostimulator este unul dintre cele mai comune și necesare dispozitive. Oferă condiții optime pentru iritația țesuturilor (cu cea mai mică leziune în timpul stimulării prelungite) și este convenabil de utilizat.

În scopuri de cercetare, se recomandă utilizarea unui stimulator, care, în funcție de condițiile experimentului, 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 studiu (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, prin urmare, în condițiile unui atelier fiziologic, este mai bine să folosiți dispozitive mai simple.

Stimulatorul este format din mai multe blocuri (cascade), al căror scop principal nu depinde de tipul de stimulator. Luați în considerare numirea cascadelor individuale ale stimulatorului și a organului de control asociat folosind exemplul unui stimulator fiziologic pulsat SIF-5.

Generatorul de frecvență de repetare a impulsurilor (oscilator principal) este adesea proiectat conform circuitului 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 aplicate la intrarea multivibratorului de la o altă sursă de impulsuri. În primul caz, se generează un singur impuls, în al doilea, frecvența impulsurilor va corespunde cu frecvența semnalelor de declanșare. În funcționare continuă 8 oscilatorul de antrenare al stimulatorului generează impulsuri continuu, frecvența acestora / poate fi schimbată de la fracțiuni de hertz la câteva sute de herți.

Impulsurile de la oscilotorul principal sunt transmise la următoarea etapă a stimulatorului - etapa de întârziere și pot fi, de asemenea, utilizate pentru a începe măturarea osciloscopului (impuls de sincronizare 10), În stadiul de întârziere 2 pulsul oscilator master poate fi întârziat cu 1 - 1000 ms. Etapa de întârziere permite (de exemplu, în studiul potențialelor evocate), indiferent de rata de baleiaj a osciloscopului, să se stabilească potențialul pe ecranul osciloscopului într-un loc convenabil pentru înregistrare.

Impulsurile din stadiul de întârziere pot fi folosite pentru a declanșa alți stimulatori dacă în experiment sunt utilizați mai mulți stimulatori și funcționarea lor trebuie sincronizată. În plus, impulsurile sunt alimentate de la etapa de întârziere la intrarea etapei de generare a semnalului de ieșire. În această cascadă, se formează impulsuri de formă dreptunghiulară (sau altă formă) cu o anumită durată 3, apoi sunt transmise la un amplificator de putere, care vă permite să le reglați amplitudinea 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 impulsurilor de ieșire 6 poate fi schimbat. Pentru a reduce artefactul de iritație, unele tipuri de stimulatoare au transformatoare de izolare 7, altele au dispozitive de ieșire de înaltă frecvență.

Atât în ​​scopuri educaționale, cât și de cercetare, se folosesc și alte tipuri de stimulente, de exemplu, NSE-01, EST-10A, IS-01 etc.

Pe lângă stimulatoarele de impuls, experimentele fiziologice folosesc o fotografie-și fonostimulatoare. Dispozitivul lor este în multe privințe similar în mod fundamental cu dispozitivul unui stimulator de impuls. Diferența constă în principal în structură bloc de ieșire, care generează semnale luminoase într-un fotostimulator sau semnale sonore într-un fonostimulator.

Ergometre. Pentru a crea o sarcină funcțională asupra organelor individuale, sistemelor și corpului în ansamblu, este utilizat pe scară largă ergometre tipuri variate. Acestea vă permit să creați o încărcare 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 atunci când se creează anumite condiții pentru obiectul de studiu. Exista camere de izolare, camere termice, camere de presiune cu camere de înaltă şi joasă presiune cu instalatii de fascicule si sunet etc. În prezent, au fost proiectate camere care vă permit să creați microclimat artificialşi să studieze reacţiile obiectului de studiu la diverse influenţe.

REGULI DE BAZĂ DE EXPLOATARE A ECHIPAMENTULUI ELECTRONIC

Pe lângă regulile generale pentru manipularea echipamentelor, este necesar, în fiecare caz individual, 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 în clinică, deoarece unele dispozitive, dacă sunt manipulate inadecvat, reprezintă un pericol pentru pacient (un dispozitiv pentru studierea excitabilității nervilor și mușchilor - un puls electric și o serie de altele). Regulile de bază sunt următoarele.

Înainte de a porni dispozitivul este necesar: 1) să se asigure că tensiunea rețelei corespunde tensiunii pentru care este proiectat dispozitivul sau pentru care transformatorul său de putere este comutat în prezent; 2) împământați dispozitivul, adică conectați terminalul (sau priza „împământată”) la magistrala buclei de împământare sau la rețeaua de alimentare cu apă (în niciun caz dispozitivele nu trebuie legate la pământ la elemente de cablare cu gaz); 3) verificați toate firele curentului de rețea (capacitatea de funcționare a izolației și prezența mufelor), este strict interzisă conectarea capetelor goale ale firelor în prize; 4) verificați firele destinate comutării dispozitivelor și alcătuirii unui circuit de lucru (nu trebuie să aibă locuri fără izolație); 5) verificați comutatoarele comutatoare și alte comutatoare de rețea pentru toate dispozitivele - acestea trebuie să fie în poziția „oprit”.

Includerea dispozitivelor în rețea ar trebui să fie efectuată de comutatoare situate pe dispozitive.

După pornirea dispozitivelor, ar trebui: 1) să verificați de la luminile indicatoare dacă toate dispozitivele au primit alimentare (dacă indicatorul este oprit, trebuie să contactați profesorul și să stabiliți împreună cauza defecțiunii; cel mai adesea acest lucru se datorează la siguranța dispozitivului sau la becul indicator stins); 2) amintiți-vă 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: pentru a studia cele mai cunoscute metode de testare și modele combinate și teste folosite 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: „Instrument și metode pentru studiul funcțiilor electrofiziologice”

Ţintă: pentru a se familiariza cu condițiile și tendințele în apariția și dezvoltarea electrofiziologiei, introducerea sferei de utilizare practică 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 (înregistrarea extracelulară şi intracelulară şi înregistrarea biopotenţialelor, metoda potenţialului 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., Leont'eva N.N., Marinova K.V. Ghid pentru studii de laborator în 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 / Tradus 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. Nozdrachev - M., 1991

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

Job 3

Subiect: „Tehnici metodologice utilizate în desfășurarea unui experiment cronic”

Ţintă: să studieze principalele probleme teoretice legate de tehnicile operatorii practicate în fiziologia experimentală.

Întrebări pentru auto-studiu

1. Termeni și condiții.

2. Impunerea fistulelor. Tehnica aplicării diferitelor tipuri de cusături.

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

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., Leont'eva N.N., Marinova K.V. Ghid pentru studii de laborator în 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 / Tradus 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. Nozdrachev - M., 1991

9. Atelier de fiziologie normală. / Ed. PE. Agadzhanyan - M .: Editura Universității 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 și amplificatoare.

4. Dispozitive de înregistrare.

5. Tehnica microelectrodului 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., Leont'eva N.N., Marinova K.V. Ghid pentru studii de laborator în 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 / Tradus 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. Nozdrachev - M., 1991

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

Job 5

Subiect: „Metode biochimice și histochimice în fiziologie”

Întrebări pentru auto-studiu

1. Harta chimica a creierului.

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

3. Dezvăluirea localizării rezistențelor în structurile sistemului nervos central.

4. Dezvăluirea 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., Leont'eva N.N., Marinova K.V. Ghid pentru studii de laborator în 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 / Tradus 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. Nozdrachev - M., 1991

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

Iov 6

Subiect: „Metode histologice și neuroanatomice”

Întrebări pentru auto-studiu

1. Perfuzie.

2. Extragerea creierului.

3. Realizarea de blocuri de țesut cerebral.

4. Realizarea secțiunilor.

5. Prepararea lamelor gelatinizate.

6. Montarea feliilor.

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., Leont'eva N.N., Marinova K.V. Ghid pentru studii de laborator în 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 / Tradus 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. Nozdrachev - M., 1991

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

Iov 7

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

Întrebări pentru auto-studiu

1. Principii generale ale inervației musculare coordonate.

2. Inervarea reciprocă a muşchilor antagonişti.

3. Animal spinal.

4. Arc reflex monosimpatic și polisimpatic.

5. Excluderea reversibilă a cerebelului la șobolani.

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., Leont'eva N.N., Marinova K.V. Ghid pentru studii de laborator în 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 / Tradus 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. Nozdrachev - M., 1991

9. Atelier de fiziologie normală. / Ed. PE. Agadzhanyan - M .: Editura Universității 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 stimularea 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 de șobolan.

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., Leont'eva N.N., Marinova K.V. Ghid pentru studii de laborator în 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 / Tradus 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. Nozdrachev - M., 1991

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

Iov 9

Subiect: „Metode pentru studiul activității nervoase superioare”

Întrebări pentru auto-studiu

1. Metoda de dezvoltare a reflexelor conditionate.

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

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

4. Testare neurologică la 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., Leont'eva N.N., Marinova K.V. Ghid pentru studii de laborator în 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 / Tradus 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. Nozdrachev - M., 1991

9. Atelier de fiziologie normală. / Ed. PE. Agadzhanyan - M .: Editura Universității 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 naturală și, începând de la sfârșitul secolului al XV-lea - începutul secolului al XVI-lea, principala metodă în domeniul fiziologiei a fost metoda de experiment. Metoda de observare este cea mai veche, având originea în Dr. Grecia, a fost bine dezvoltată în Egipt, pe Dr. Est, Tibet, China. Esența acestei metode constă în observarea pe termen lung a schimbărilor în funcțiile și stările corpului, fixarea acestor observații și, dacă este posibil, compararea observațiilor vizuale cu modificările corpului după deschidere. Hipocrate a atribuit natura comportamentului semnelor observate. 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 experimentului. Un experiment fiziologic, spre deosebire de simpla observație, este o intervenție intenționată în administrarea 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 purta: 1) forme acute (vivisecție, din cuvântul vivo - viu, sekcia - secu, adică secu pentru cei vii), 2) forme cronice (experimental-chirurgicale). În acest sens, experimentul este împărțit în 2 tipuri: acută (vivisecție) și cronică. Vivisecția este o formă de experiment efectuată pe un animal imobilizat. Pentru prima dată, vivisecția a început să fie folosită în Evul Mediu, dar a început să fie introdusă pe scară largă în știința fiziologică în Renaștere (secolele XV-XVII). Anestezia la acea vreme nu era cunoscută și animalul a fost fixat rigid de 4 membre, în timp ce a suferit chinuri. Acesta a fost motivul apariției grupurilor și curentelor filozofice. Animalism (tendințe, promovarea unei atitudini umane față de animale și susținerea încetării abuzului asupra animalelor, animalismul este promovat în prezent), vitalism (susținerea faptului că nu s-au efectuat experimente pe animale neanesteziate și pe voluntari), mecanism (identificat corect). care apar la un animal 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 încălcare a proceselor de reglementare din partea proceselor superioare ale sistemului nervos central, ca urmare, integritatea răspunsului organismului și conexiunea acestuia cu mediul extern sunt încălcate. O astfel de utilizare a anesteziei și intervenției chirurgicale în timpul vivisecției introduce parametrii necontrolați în experimentul acut, care sunt greu de luat în considerare și de prevăzut.
Experimentul acut, ca orice metodă experimentală, are avantajele sale:
1) vivisecția - una dintre metodele analitice, face posibilă simularea diferitelor situații Seminar
2) vivisecția face posibilă obținerea rezultatelor într-un timp relativ scurt. limitări:
1) într-un experiment acut, conștiința este oprită în timpul aplicării anesteziei și, în consecință, integritatea răspunsului corpului este încălcată;
2) legătura organismului cu mediul se întrerupe în cazurile de anestezie;
3) în absența anesteziei, are loc o eliberare inadecvată a hormonilor de stres și a endorfinelor endogene (produse în interiorul corpului) asemănătoare morfinei care au 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 atribuie neajunsurile unui experiment cronic faptului că rezultatele sunt obținute într-un timp relativ lung. În experimentul cronic sunt utilizate o serie de tehnici și abordări metodologice.
1. Metode electrofiziologice.
2. Metoda de impunere a fistulelor pe organe goale și pe organe cu canale excretoare.
Strămoșul metodei fistulei a fost Basov, cu toate acestea, atunci când o fistulă a fost aplicată prin metoda sa, conținutul stomacului a căzut în eprubetă împreună cu sucurile digestive, ceea ce a făcut dificilă studiul compoziției sucului gastric, etapele de digestia, viteza proceselor de digestie și calitatea sucului gastric separat pentru diferite compoziții ale alimentelor. Fistulele pot fi suprapuse pe stomac, canalele glandelor salivare, intestine, esofag etc. Diferența dintre fistula pavloviană și cea basoviană este că Pavlov a aplicat fistula la „ventriculul mic”, care a fost realizată chirurgical și reținut artificial. reglarea digestivă și umorală. Acest lucru i-a permis lui Pavlov să dezvăluie nu numai compoziția calitativă și cantitativă a sucului gastric pentru aportul alimentar, 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 relevă absența sau prezența plasticității neuronilor sau a centrilor nervoși în reglarea funcțiilor. În anastenozele neurovasculare, organele efectoare sunt vasele de sânge și, în consecință, 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 o hipofuncție a unei anumite glande; ca urmare a replantării, se creează o situație de hiperfuncție sau un exces de hormoni ai unei anumite glande. Extirparea diferitelor părți ale creierului și cortexului cerebral dezvăluie funcțiile acestor departamente. De exemplu, atunci când cerebelul a fost îndepărtat, a fost dezvăluită participarea sa la reglarea mișcării, la menținerea posturii și a reflexelor statokinetice. Îndepărtarea diferitelor secțiuni ale cortexului cerebral i-a permis lui Brodman să împartă cortexul în 52 de câmpuri.
5. Metoda de transecție a creierului și a măduvei spinării. Vă permite să identificați semnificația funcțională a fiecărui departament al sistemului nervos central în reglarea funcțiilor somatice și viscerale ale corpului, precum și în reglarea comportamentului.
6. Implantarea de electrozi 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 cele mentale). Electrozii implantați în creier sunt fabricați din materiale inerte (adică trebuie să fie intoxicați): platină, argint, paladiu. Electrozii permit nu numai să dezvăluie funcția uneia sau alteia zone, ci și invers, să înregistreze în ce parte a creierului apariția provoacă un potențial (BT) 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 compoziție chimică variată de către componenta noastră sau prin prezența metaboliților în aceasta (glucoză, PVC, acid lactic) sau prin conținutul de substanțe biologic active (hormoni, neurohormoni, endorfine, enkefamine etc.). Canula vă permite să injectați soluții cu conținut diferit într-o anumită zonă a creierului și să observați modificări ale activității funcționale din partea aparatului motor, a organelor interne sau a comportamentului, a activității psihologice.
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, ATP este donatorul de energie universal în toate sistemele vii, iar în sinteza și resinteza ATP, glucoza este principalul substrat energetic (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, în timp ce aurul nu este utilizat și se acumulează în această zonă. Conform aurului multiactiv, cantitatea acestuia este judecată în funcție de activitatea sintetică și funcțională.
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 stereotaxic al creierului, urmate de înregistrarea biopotențialelor rapide și lente atribuite, cu înregistrarea potențialelor evocate, precum și înregistrarea EEG, miograme.
10. Metode biochimice. Acesta este un grup mare de metode prin care în fluidele circulante, țesuturile și, uneori, organele, se determină nivelul de cationi, anioni, elemente unionizate (macro și microelemente), substanțe energetice, enzime, substanțe biologic active (hormoni etc.). . 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, chiar a unui întreg sistem de organe. De exemplu, nivelul 11-OCS poate fi folosit pentru a judeca activitatea funcțională a zonei fasciculare 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-OCS este produsul final al legăturii periferice a cortexului suprarenal. 11. Metode histochimice. Metode imunologice în fiziologie.
12. Metode de studiere a fiziologiei VNB. Planificarea experimentelor Pentru a planifica experimente, este necesar să se cunoască principiile și tacticile cercetării, demersul științific, care se formează cel mai bine în implementarea directă a experimentelor. Avantajul studiului de laborator față de observație este că cercetătorul poate controla condițiile experimentului, adică să stabilească un control precis asupra așa-numitelor variabile independente pentru a dezvălui influența acestora asupra variabilelor dependente. Variabilele dependente pot fi orice caracteristică fiziologică, 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 acestuia sau utilizarea diferitelor medicamente), modificări ale mediului (temperatură și lumină), modificări ale regimului de întărire, dificultăți de învățare, durata lipsei de hrană sau factori precum ca vârstă, sex, linie genetică etc. Pentru a minimiza interpretarea greșită a experimentelor asociată cu dificultatea de a distinge efectele intervențiilor experimentale de efectele altor variabile, trebuie introduse proceduri de control. În mod ideal, grupul de control este examinat în același mod ca și grupul experimental, excluzând influența factorului studiat, pentru care 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 regiunilor creierului. O altă procedură comună de control, al cărei scop este reducerea influenței simultane a factorilor variabili, este aplicarea echilibrată a diferitelor influențe la același 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 tabelul cu numere aleatorii găsit în multe cărți de statistică (pur și simplu scoaterea animalelor dintr-o cușcă pentru a forma un grup nu este adecvată, deoarece animalele cele mai slabe sau cele mai pasive vor fi luate primele). Datorită posibilelor erori sau variabilității rezultatelor obținute din cauza variabilelor necontrolate, măsurătorile sunt de obicei repetate și se găsește o valoare medie sau mediană. În măsurători repetate, se fac observații multiple pe aceleași animale, sau o observație pe mai multe animale, sau ambele. Cu cât există mai multe erori sau fluctuații asociate cu unele variabile necunoscute sau necontrolate, cu atât este mai probabil ca măsurătorile repetate să difere și astfel variabilitatea măsurătorilor în raport cu medie va fi mai mare. Analiza statistică este utilizată pentru a evalua gradul de semnificație al diferențelor observate între grupurile experimentale și de control sau condițiile experimentale. Analiza științifică, bazată pe observații naturaliste sau pe experimente de laborator, se bazează pe măsurători, cu ajutorul cărora observațiilor li se conferă un caracter cantitativ. Așa-numitul nivel de măsurare determină ce operații aritmetice pot fi aplicate numerelor, ceea ce, prin urmare, determină utilizarea metodelor statistice adecvate. Cercetătorul trebuie să țină cont de nivelul măsurătorilor și să prevadă natura prelucrării statistice a rezultatelor deja atunci când planifică experimente, deoarece aceste considerații vor ajuta la deciderea cu privire la acuratețea instrumentelor de măsurare și la numărul 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 a tehnologiei electronice, dispozitivelor de analiză și calculatoarelor electronice, precum și metodelor de cercetare biochimică și farmacologică în practică. de experiment fiziologic. În studiul funcțiilor fiziologice folosind diferite echipamente în experiment, se formează sisteme deosebite. Ele pot fi împărțite în două grupe: 1) sisteme de înregistrare a diferitelor manifestări ale activității vitale și analiza datelor obținute și 2) sisteme de influențare a organismului sau a unităților sale structurale și funcționale. Sistemul, care permite înregistrarea proceselor bioelectrice din organism, constă dintr-un obiect de studiu, electrozi de ieșire, un amplificator, un înregistrator și o sursă de alimentare. Sistemele de înregistrare de acest fel sunt utilizate pentru electrocardiografie, electroencefalografie, electrogastrografie, electromiografie etc. În studiul și înregistrarea unui număr de procese neelectrice folosind echipamente electronice, acestea trebuie mai întâi convertite în semnale electrice. Pentru aceasta se folosesc diverși senzori.
Unii senzori înșiși sunt capabili să genereze semnale electrice și nu au nevoie de energie de la o sursă de curent, alții au nevoie de această putere. Mărimea semnalelor senzorilor este de obicei mică, astfel încât acestea trebuie mai întâi amplificate pentru a fi înregistrate. Sistemele care utilizează senzori sunt utilizate pentru balistocardiografie, pletismografie, sfigmografie, înregistrarea activității motorii, tensiunii arteriale, respirației, determinarea gazelor din sânge și aerul expirat etc. Dacă sistemele sunt completate și coordonate cu funcționarea unui transmițător radio, atunci acesta devine posibilă transmiterea şi înregistrarea funcţiilor 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 muncii și activităților sportive, indiferent de distanța dintre obiectul de studiu și cercetător. Sistemele menite să influențeze organismul sau unitățile sale structurale și funcționale au efecte variate: de pornire, stimulatoare și inhibitoare.
Metodele și opțiunile de expunere pot fi foarte diverse. La examinarea analizoarelor la distanță, pulsul stimulator poate fi perceput de la distanță; în aceste cazuri, nu sunt necesari electrozi de stimulare. Deci, de exemplu, este posibil să influențezi analizatorul vizual cu lumină, analizorul auditiv cu sunet și analizorul olfactiv cu diverse mirosuri. În experimentele fiziologice, un curent electric este adesea folosit ca stimul și, prin urmare, stimulatorii electronici de impuls și electrozii de stimulare sunt utilizați pe scară largă. Stimularea electrică este folosită pentru a stimula receptorii, celulele, mușchii, fibrele nervoase, nervii, centrii nervoși etc. Dacă este necesar, se poate aplica stimularea biotelemetrică. Studiile funcțiilor fiziologice sunt efectuate nu numai în repaus, ci și în timpul 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 foarte mult 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 primii pași în dezvoltarea științei fiziologice. În timpul efectuării observației, cercetătorii dau un raport verbal asupra rezultatelor. În acest caz, obiectul observației se află de obicei în condiții naturale, fără influențe speciale asupra acestuia de către cercetător. Dezavantajul observării simple este capacitatea limitată de a obține indicatori cantitativi și percepția 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. și are loc contracția”

Oportunități mai mari decât simpla observare în studiul proceselor fiziologice sunt oferite de setare experimente. Atunci când efectuează un experiment fiziologic, cercetătorul creează artificial condiții pentru dezvăluirea esenței și tiparelor cursului proceselor fiziologice. Influențe fizice și chimice dozate, introducerea diferitelor substanțe în sânge sau organe pot fi aplicate unui obiect viu, iar răspunsul organelor și sistemelor poate fi studiat.

Experimentele în fiziologie sunt împărțite în acute și cronice. Experiențe ascuțite sunt efectuate pe animale și se caracterizează prin faptul că sarcina de a salva viața animalului nu este stabilită; după experiment, acesta moare. În timpul unei astfel de experiențe, se fac tăieturi incompatibile cu viața, se îndepărtează organe. Organele îndepărtate se numesc izolate. ei prin interferaîn soluţii saline asemănătoare ca compoziţie sau cel puţin 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%.

punerea în scenă 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 sensibilstructurilor. Pentru producții Pentru un experiment fiziologic, cel mai convenabil este să folosiți organe izolate ale animalelor cu sânge rece. Așadar, este suficient să speli inima izolată de broaște cu soluție salină Ringer, iar la temperatura camerei se va contracta timp de multe ore. Din- datorită ușurinței de pregătire și a importanței informațiilor obținute, astfel de preparate biologice au început să fie utilizate nu numai în fiziologie, ci și în alte domenii ale științei medicale. De exemplu, un preparat dintr-o inimă izolată de broaște (prin metoda Straub) este utilizat ca obiect standardizat pentru testarea activității biologice a anumitor medicamente în timpul producției lor în masă și a dezvoltării de noi medicamente.

Cu toate acestea, posibilitățile unui experiment acut sunt limitate nu numai din cauza problemelor etice asociate cu faptul că animalele mor în timpul experimentului și cu posibilitatea de a le provoca durere cu o anestezie insuficientă, ci și pentru că studiul nu este efectuat în condițiile unui întreg organism, dar cu încălcarea mecanismelor de reglementare sistemică.

experiență cronică lipsit de unele dintre dezavantajele de mai sus. Într-un experiment cronic, studiul este efectuat pe un animal practic sănătos, supus unui impact minim asupra acestuia și salvându-i viața. Înainte de studiu, se pot efectua operații asupra animalului 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 vindecarea suprafeței rănii și restabilirea funcțiilor.

Un eveniment important în dezvoltarea metodelor fiziologice a fost introducerea înregistrării grafice a fenomenelor observate. Omul de știință german K. Ludwig a inventat kimograful și a înregistrat pentru prima dată fluctuații (valuri) ale tensiunii arteriale. 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 umplerii cu sânge a organelor și a volumului acestora (pletismograf Mosso). Curbele obținute în timpul unor astfel de înregistrări se numesc de obicei kimograme.

Posibilități metodologice mai largi în cunoașterea fiziologiei umane și animale au apărut după crearea teoriei electricității și a dispozitivelor de înregistrare a potențialelor electrice și a efectelor dozate ale curentului electric asupra organismului. Stimulii electrici s-au dovedit a fi cei mai potriviți pentru influențarea structurilor nervoase și musculare. Cu o putere și o durată moderată a stimulului, aceste efecte nu provoacă deteriorarea structurilor studiate și pot fi aplicate în mod repetat. Răspunsul la ele, de regulă, se termină într-o fracțiune de secundă.

Dezvoltarea fizicii, chimiei, ciberneticii la sfârșitul secolului XX. a creat baza perfecţionării calitative 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 fiziologică utilizate și nou dezvoltate.

Siguranța studiului, absența traumatizării și deteriorarea obiectului studiat.

Performanța senzorilor și a dispozitivelor de înregistrare.

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

Posibilitatea înregistrării pe termen lung a indicatorilor studiați. Acest lucru face posibilă dezvăluirea ciclicității cursului proceselor fiziologice, determinarea parametrilor ritmurilor circadiene (circadiene), identificarea prezenței tulburărilor paroxistice (episodice) ale proceselor.

Dimensiunile mici și greutatea dispozitivelor fac posibilă efectuarea cercetărilor nu numai într-un spital, ci și pe 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 definiției indicatori funcţiile fiziologice depind în mare măsură de calitatea educaţiei personalului medical, de cunoştinţe entitati procese fiziologice, caracteristici ale senzorilor și principii de funcționare a dispozitivelor utilizate, capacitatea de lucru Cu pacienților, dați-i instrucțiuni, monitorizați progresul implementării acestora și corectați acțiunile pacientului.

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

Calitatea studiului se caracterizează prin 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 de personalul medical. Aceste erori sunt numite variabilitate analitică. De obicei se cere ca variabilitatea analitică să nu depășească 10% din valoarea măsurată. Deoarece adevărata valoare a indicatorului la 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 la persoane diferite variatii interindividuale. Se numește totalitatea erorilor și fluctuațiilor parametrilor variabilitate generală.

Un rol important în obținerea de informații despre starea și gradul de încălcare a funcțiilor fiziologice revine așa-numitelor teste funcționale. Termenul „probă funcțională” este adesea folosit în loc de „test” Efectuarea încercărilor 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 parametrilor fiziologici în dinamică, înainte și după efectuarea anumitor efecte asupra organismului sau acțiuni arbitrare ale subiectului. Cele mai frecvent utilizate teste funcționale au dozat activitatea fizică. Testele sunt efectuate și prin efecte de intrare, în care modificări ale poziției corpului în spațiu, încordare, modificări ale compoziției gazului aerului inhalat, introducerea de medicamente, încălzirea, răcirea, consumul unei anumite doze de soluție alcalină , și mulți alți indicatori sunt dezvăluiți.

Fiabilitatea și validitatea sunt printre cele mai importante cerințe pentru testele funcționale.

Fiabilitate - capacitatea de a efectua testul cu o precizie satisfăcătoare de către un specialist cu calificare medie. Fiabilitatea ridicată este inerentă testelor destul de simple, a căror execuție este puțin afectată de mediu. Cele mai fiabile teste care reflectă starea sau magnitudinea rezervelor funcției fiziologice recunosc standard de referință sau referenţial.

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

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