Ход работы.

Российская Федерация
Комитет по образованию администрации ГО
«ГОРОД КАЛИНИНИГРАД»
Муниципальное автономное
общеобразовательное учреждение
СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ
ШКОЛА №21
КУРСЫ ПРЕДПРОФИЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ
«АНАТОМИЯ и ФИЗИОЛОГИЯ
ЧЕЛОВЕКА и ЖИВОТНЫХ»
Физиология возбудимых тканей
На правах автора:
Судоплатова К.А. ст. преподаватель кафедры общей и экологической
физиологии человека и животных, факультета биоэкологии, Балтийского
федерального университета им. Иммануила Канта
Составил:
Прядухин Д.В. учитель биологии и экологии, муниципального автономного
общеобразовательного учреждения средней общеобразовательной школы №21,
гор. Калининграда
Калининград - 2012
МАОУ СОШ №21 © ЭС «ЭКА ПАРТНЕР»
1. ФИЗИОЛОГИЯ ВОЗБУДИМЫХ ТКАНЕЙ
Одним из основных свойств живой материи является
раздражимость – способность отвечать на воздействия окружающей
среды активной реакцией. Раздражимость проявляется, в частности, в
возбуждении. Клетки (ткани), способные к возбуждению, называют
возбудимыми (нервная, мышечная, железистая). В специальной
физиологической литературе возбуждением называют активный
электрический ответ клетки (потенциал действия), следствием
которого рассматривают сокращение или секрецию. Классическим
объектом исследования физиологических процессов в возбудимых
тканях служит лягушка.
Работа 1. Приготовление нервно-мышечного препарата и
препарата изолированной икроножной мышцы лягушки.
Классический изолированный нервно-мышечный препарат представляет
собой икроножную мышцу лягушки с подходящим к ней седалищным нервом.
Цель
препарата.
работы:
Освоить
технику
приготовления
нервно-мышечного
Материалы и оборудование: набор препаровальных инструментов,
стеклянные крючки, кювета с дном, залитым воском, физиологический раствор для
холоднокровных животных (раствор Рингера). Объект исследования — лягушка.
Ход работы.
1. Произвести декапитацию лягушки с последующим разрушением спинного
мозга. Для этого завернуть лягушку в салфетку, оставляя открытой голову. Держа
лягушку в одной руке, ввести ей в ротовую полость тупую браншу ножниц и
быстрым движением отсечь верхнюю челюсть за линией глаз. В открытый спинномозговой канал ввести иглу и вращательным движением разрушить спинной мозг.
Ножницами перерезать позвоночник, отступя от копчиковой кости на 1-1,5 см (рис.
1, 1), и отделить верхнюю часть туловища. Захватив одной рукой через салфетку
остаток позвоночника, а другой — край кожи со спины, снять кожу с обеих лапок
(рис.1; 2, 3).
2. Осторожно ножницами удалить копчиковую кость - уростиль (рис. 1, 4).
Очистить препарат от остатков внутренностей, поместив его в кювету с
физиологическим раствором. Затем, не задевая крестцового сплетения, разрезать
позвоночник (и все другие ткани) вдоль по средней линии и разделить лапки. Одну
лапку положить в кювету ахилловым сухожилием вверх и закрепить
препаровальными иглами.
3. Подведя под ахиллово сухожилие браншу ножниц, отделить сухожилие по
всей длине и подрезать ниже сесамовидной кости. Захватив сухожилие пинцетом,
отвести мышцу в сторону.
4. Расщепить фасции между мышцами на дорсальной поверхности бедра. Двумя
стеклянными крючками отпрепарировать лежащий в глубине седалищный нерв по
всей его длине (рис. 1, 5, 6). Аккуратно приподняв нерв на стеклянном крючке,
срезать ножницами все мышцы бедра. Перерезать бедренную кость и кость голени
соответственно выше и ниже коленного сустава (рис. 1, 7, 8, указано пунктиром).
5. Готовый нервно-мышечный препарат до начала работы поместить в чашку
Петри с раствором Рингера.
6. Для приготовления препарата изолированной мышцы нерв отсечь полностью
у самой мышцы (рис. 1, 9).
Рис. 1. Приготовление нервно-мышечного препарата (икроножная мышца с
седалищным нервом) и изолированной икроножной мышцы (пояснение в тексте)
Работа 2. Определение возбудимости нерва и мышцы.
Минимальная сила раздражителя, необходимая для возбуждения клетки,
называется пороговой (порогом раздраженния). Пороговая сила раздражения
является мерой возбудимости ткани. Возбудимость клеток зависит от их
физиологического состояния и типа ткани.
Цель работы. Определить порог раздражения икроножной мышцы лягушки
и иннервирующего ее нерва и сравнить возбудимость нервной и мышечной ткани.
Материалы и оборудование. Набор препаровальных инструментов,
стеклянные крючки, кювета с дном, залитым воском, физиологический раствор для
холоднокровных животных (раствор Рингера), пипетка, электростимулятор ЭСЛ-2
или фаль-аппарат, установка для регистрации сокращений мышцы (далее по тексту
«миограф»), универсальный штатив. Объект исследования — лягушка.
Ход работы.
1. Приготовить нервно-мышечный препарат икроножной мышцы лягушки (см.
работу 1). Аккуратно поместить препарат в чашку Петри с небольшим количеством
раствора Рингера и перенести на восковой планшет, закрепленный в универсальном
штативе.
2. Зажать ахиллово сухожилие мышцы серфином (рис. 2, 11), затем приколоть
препарат препаровальной иглой к восковому планшету, захватив только ткани в
области коленного сустава (рис.2, 10). ВНИМАНИЕ! Нерв и мышца не должны быть
задеты!
3. Определить порог раздражения мышцы при непрямой стимуляции. Для этого
электроды электростимулятора (фаль-аппарата) закрепить на планшете так, чтобы
они не замыкались. При помощи стеклянного крючка расположить седалищный
нерв на электродах. Установить частоту подачи стимула 1Гц при фиксированной
длительности, равной 1 мс. Включить электростимулятор (фаль-аппарат) и плавно
увеличивать силу раздражающего импульса, поворачивая ручку «амплитуда», до
появления минимальных по амплитуде сокращений мышцы.
Рис. 2. Cхема установки для регистрации сокращений икроножной мышцы
лягушки
1 – лампочка (24 В); 2 – качающаяся шторка с отверстием; 3 – фоторезистор; 4 –
потенциометры установки нуля моста Уитстона; 5 – многоканальный усилитель
«Топаз 3-01»; 6 – чернильный регистратор; 7 - электростимулятор ЭСЛ-2; 8 – кнопка
ручного режима электрической стимуляции; 9 – электростимулятор УЭС 1М (фальаппарат); 10 –нервно-мышечный препарат (икроножная мышца лягушки с
седалищным нервом); 11 – серфин; 12 – стимулирующие электроды
Зарегистрировать пороговое значение раздражающего стимула (Uн1, В). Продолжать
увеличивать силу стимула до тех пор, пока увеличение амплитуды раздражающего
тока уже не будет приводить к увеличению амплитуды сокращения.
Зарегистрировать минимальное значение раздражающего стимула (Uн2, В), дающего
максимальную амплитуду сокращения.
Повторить опыт при прямой стимуляции мышцы. Для этого электроды
электростимулятора (фаль-аппарата) закрепить на планшете, непосредственно
касаясь ими проксимального конца мышцы, так, чтобы они не замыкались.
Определить порог раздражения мышцы при прямой стимуляции (Uм1, В) и
минимальное значение раздражающего стимула (Uм2, В), дающего максимальную
амплитуду сокращения.
ВНИМАНИЕ! В течение всего опыта следить за тем, чтобы нервно-мышечный
препарат оставался влажным, для чего при необходимости орошать его
раствором Рингера. Электроды должны оставаться сухими во избежание
шунтирования тока.
Результаты и выводы. Вклеить в протокол миограммы, полученные при прямой и
непрямой стимуляции мышцы. Записать значения Uн1, Uн2; Uм1,Uм2. Сделать вывод о
возбудимости мышечной и нервной тканей и зависимости амплитуды сокращения
изолированной мышцы от силы раздражителя при прямом и непрямом
раздражении.
Работа 3. Зависимость пороговой силы стимула от его
длительности.
Порог раздражения в определенных пределах находится в обратной
зависимости от времени действия стимула, т.е. его длительности. Кривая силыдлительности характеризует возбудимость ткани.
Цель работы. Сравнить возбудимость нервной и мышечной ткани на
основании кривой силы-длительности.
Материалы и оборудование. Набор препаровальных инструментов,
стеклянные крючки, кювета с дном, залитым воском, физиологический раствор для
холоднокровных животных (раствор Рингера), пипетка, электростимулятор ЭСЛ-2,
установка для регистрации сокращений мышцы (далее по тексту «миограф»),
универсальный штатив. Объект исследования — лягушка.
Ход работы.
1. Приготовить нервно-мышечный препарат икроножной мышцы лягушки (см.
работу 1).
2. Для каждого значения длительности действия стимула из таблицы 1 найти порог
раздражения при прямой и непрямой стимуляции (использовать ту же установку,
что и в работе 2). Полученные данные занести в таблицу.
ВНИМАНИЕ! В течение всего опыта следить за тем, чтобы нервно-мышечный
препарат оставался влажным, для чего при необходимости орошать его
раствором Рингера. Электроды должны оставаться сухими во избежание
шунтирования тока.
Таблица 1
Зависимость пороговой силы стимула от его длительности
Длительность импульсов t,
мс
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
lg t
0
0,3
0,5
0,6
0,7
0,8
0,85
0,9
0,95
1
Напряжение
Прямое
U, В
Непрямое
Результаты и выводы. По данным таблицы построить кривую силыдлительности для мышцы и нерва.
ВНИМАНИЕ! Ось абсцисс (ось времени) должна быть логарифмической.
Отметить на графике реобазу, хронаксию, полезное время.
На основании полученных данных сделать выводы о зависимости порога
раздражения от времени действия стимула при прямой и непрямой
стимуляции.
Работа 4. Одиночные мышечные сокращения и суммация
В ответ на одиночное пороговое раздражение во время опыта возникает
одиночное мышечное сокращение. При действии на мышцу вторым стимулом во
время одиночного сокращения наблюдается эффект суммации мышечных
сокращений. Если второй стимул раздражает мышцу в фазе расслабления, то
происходит неполная суммация, если он приходится на фазу сокращения — полная
суммация (рис. 3).
Цель работы. Зарегистрировать и проанализировать кривые одиночного
мышечного сокращения, полной и неполной суммации.
Материалы и оборудование. Фаль-аппарат, электростимулятор ЭСЛ-2,
установка для регистрации сокращений икроножной мышцы лягушки (далее по
тексту «миограф»), универсальный штатив, набор препаровальных инструментов,
пипетка, раствор Рингера для холоднокровных животных. Объект исследования лягушка.
Ход работы.
1. Приготовить нервно-мышечный
препарат (см. работу 1).
2. Закрепить мышцу в миографе (см.
работу 2).
3. В планшете закрепить две пары
электродов: два электрода ЭСЛ-2 и два
электрода
фаль-аппарата.
Седалищный нерв нервно-мышечного
препарата
расположить
одновременно на обеих парах
электродов.
Рис. 3. Одиночные мышечные сокращения
и суммация.
4. Включить фаль-аппарат и найти
такую
величину
раздражающего
сигнала, при которой амплитуда
мышечного сокращения была бы
равна половине максимальной.
5.
Выключить
фаль-аппарат
и
А – кривая одиночного мышечного
сокращения; Б – неполная суммация; В –
включить электростимулятор ЭСЛ-2.
полная суммация:1 – момент нанесения
Выставить на нем частоту 1 Гц,
первого
раздражающего
электрического
длительность 1 мс, переключатель
стимула и соответствующая развернутая
«род
работы»
установить
в
кривая сокращения; 2 – латентный период; 3 –
положение «внутр». Вращая ручку
фаза
укорочения;
4
–
фаза
расслабления;
5
«амплитуда», добиться такой же величины ответа мышцы на раздражение, как и
момент
нанесения
второго раздражающего
при
стимуляции
фаль-аппаратом
(амплитуда сокращения мышцы отслеживается по
электрического стимула и соответствующая
миограмме, прописываемой самописцем). После этого перевести ручку «род
развернутая кривая сокращения; 6 – кривая
работы» в положение «пуск» - в этом случае стимуляция запускается механически
суммарного мышечного сокращения.
нажатием кнопки (одно нажатие – один импульс), а не автоматически с частотой в 1
Гц, как было изначально.
6. Включить фаль-аппарат. Наблюдая одиночные мышечные сокращения, нажатием
кнопки от ЭСЛ-2 получить кривые полной и неполной суммации, подавая внешние
одиночные раздражающие импульсы в фазу сокращения и расслабления мышцы
соответственно (рис. 3).
ВНИМАНИЕ! В течение всего опыта следить за тем, чтобы нервно-мышечный
препарат оставался влажным, для чего при необходимости орошать его
раствором Рингера. Электроды должны оставаться сухими во избежание
шунтирования тока.
Результаты и выводы. Вклеить полученные миограммы в протокол.
Отметить одиночные мышечные сокращения и эффекты полной и неполной
суммации. Сделать вывод о величине амплитуды одиночного мышечного
сокращения и при неполной и полной суммации.
Работа 5. Зубчатый и гладкий тетанус. Оптимум и пессимум
частоты раздражения
Как известно, одиночные сокращения мышцы регистрируют при нанесении
одиночных раздражений. Увеличивая частоту стимуляции мышцы, можно
наблюдать зубчатый и гладкий тетанус (рис. 4).
Экспериментально установлено, что существуют оптимальные частоты
раздражения, при которых могут быть зарегистрированы максимальные ответные
реакции исследуемой мышцы. Это явление было названо Н.Е. Введенским
оптимумом. Дальнейшее увеличение частоты раздражения сверх оптимальной
приводит к ослаблению сократительной способности скелетной мышцы, вследствие
чего амплитуда сокращения уменьшается и наблюдается явление пессимума.
Цель работы. Определить частоты подачи стимула, при которых возникает
зубчатый и гладкий тетанусы, оптимум и пессимум.
Материалы и оборудование. Установка для регистрации сокращений
икроножной мышцы лягушки (далее по тексту «миограф»), электростимулятор ЭСЛ2, универсальный штатив, препаровальный набор, пипетка, раствор Рингера для
холоднокровных животных. Объект исследования - лягушка.
Ход работы.
Рис. 4. Виды тетануса: 1 — одиночные сокращения,, 2 — зубчатый тетанус при увеличении частоты
раздражения,
3 — гладкий
тетанус, 4(см.
— оптимум,
5 — пессимум
1. Приготовить
нервно-мышечный
препарат
работу 1).
2. Закрепить препарат в миографе (см. работу 2).
3. В планшете закрепить электроды электростимулятора как при непрямом
раздражении.
4. Установить на ЭСЛ-2 частоту 1Гц, включить электростимулятор и
зарегистрировать одиночные сокращения мышцы (рис. 4, 1). Выключить
электростимулятор.
5. Увеличить частоту раздражающих стимулов поворотом ручки «частота» от 3 до 5
Гц, включить стимулятор, зарегистрировать зубчатый тетанус и диапазон частот,
при котором он возникает(рис. 4, 2). Выключить электростимулятор.
6. Аналогично п.5 продолжить увеличение частоты стимуляции до появления
гладкого тетануса, зарегистрировать гладкий тетанус и диапазон частот, при
котором он возникает(рис. 4, 3).
7. Аналогично п.6 зарегистрировать оптимум, а затем пессимум и диапазон частот,
при которых они возникают (рис. 4, 4, 5).
ВНИМАНИЕ! Продолжительность каждого электрического раздражения
должна быть одинаковой (3-5 секунд), а интервал между раздражениями – 1-3
минуты. В течение всего опыта следить за тем, чтобы нервно-мышечный
препарат оставался влажным, для чего при необходимости орошать его
раствором Рингера. Электроды должны оставаться сухими во избежание
шунтирования тока.
Результаты и выводы. Вклеить полученные миограммы в протокол. Отметить
одиночные мышечные сокращения, зубчатый и гладкий тетанусы, оптимум и
пессимум, указав в каждом случае частоту раздражения. Сделать вывод о причинах
перехода одиночного сокращения в тетаническое, о причинах увеличения
амплитуды при суммации сокращений и о причинах явлений оптимума и пессимума.
Работа 7. Блокада проведения возбуждения по нерву
Некоторые вещества могут изменять физиологическое состояние мембраны
клетки и тем самым влиять на проведение возбуждения. Например, новокаин и
этиловый спирт вызывают снижение возбудимости нервных волокон и
препятствуют проведению потенциала действия.
Цель работы. Исследовать влияние некоторых фармакологических средств на
проведение возбуждения по нерву.
Материалы и оборудование. Установка для регистрации сокращений
икроножной мышцы лягушки (далее по тексту «миограф»), электростимулятор ЭСЛ2 или фаль-аппарат, препаровальный набор, раствор Рингера для холоднокровных
животных, 2%-ный раствор новокаина, 10%-ный раствор этилового спирта,
фильтровальная бумага, вата.
Ход работы.
1. Приготовить нервно-мышечный препарат и закрепить его в миографе (см. работы
1, 2).
2. Закрепить в планшете электроды электростимулятора как при непрямом
раздражении мышцы. Установить частоту стимуляции 1Гц. Включить
электростимулятор, подобрать такую величину раздражающего сигнала, при
которой амплитуда мышечного сокращения была бы равна половине максимальной.
Зарегистрировать
одиночные
мышечные
сокращения.
Выключить
электростимулятор.
3. Смочить в спирте или растворе новокаина кусочек фильтровальной бумаги или
ватный тампон и положить его на участок нерва между электродами стимулятора и
мышцей. С интервалом 30 секунд повторять раздражения нерва, каждый раз
регистрируя миограмму. Отметить, через какое время после наложения
фильтровальной бумаги (тампона) сокращения прекратятся. Выключить
электростимулятор.
4. Снять тампон и тщательно отмыть нерв в большом количестве физиологического
раствора. Через 5 минут повторить стимуляцию нерва, зарегистрировать
сокращения; при необходимости время можно увеличить.
ВНИМАНИЕ! В течение всего опыта следить за тем, чтобы нервномышечный препарат оставался влажным, для чего при необходимости
орошать его раствором Рингера. Электроды должны оставаться сухими во
избежание шунтирования тока.
Результаты и выводы. Вклеить в протокол миограммы. Указать время, за
которое развивается блокада. Сделать вывод о происхождении блокады проведения
возбуждения при использовании фармакологических веществ.