НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Практикум Под редакцией К.В. Судакова Рекомендовано Учебно-методическим объединением по медицинскому и фармацевтическому образованию вузов России в качестве учебного пособия для медицинских вузов Медицинское информационное агентство Москва 2016 УДК ББК 612(075.8) 28.707.3я73 Н83 Авторский коллектив: В.В. Андрианов, В.И. Бадиков, Т.П. Бунина, Ю.Е. Вагин, В.Ф. Волков, О.С. Глазачев, Т.Д. Джебраилова, Е.Н. Дудник, Г.И. Дьячкова, Л.В. Иванова, Л.И. Иванова, Е.Г. Ионкина, И.И. Киселев, Т.Н. Лосева, С.К. Рогачева, А.Е. Умрюхин, П.Е. Умрюхин, Ю.А. Фадеев, Н.Г. Федянина, Е.А. Юматов. Рецензенты: зав. кафедрой нормальной физиологии Российского университета дружбы народов, профессор, д-р биол. наук В.И. Торшин; профессор кафедры нормальной физиологии Российского государственного медицинского университета, д-р мед. наук Ю.Н. Самко. Н83 Нормальная физиология: Практикум / Под ред. К.В. Судакова. — М.: ООО «Издательство «Медицинское информационное агентство», 2016. — 232 с. ISBN 978-5-9986-0252-8 Учебное пособие подготовлено сотрудниками кафедры нормальной физиологии Первого МГМУ имени И.М. Сеченова. Из широкого набора исследований функций организма животных и методик обследования функций человека, имеющихся в различных руководствах к практическим занятиям по курсу нормальной физиологии, отобраны наиболее демонстративные работы, выполняемые студентами на кафедре нормальной физиологии Первого МГМУ имени И.М. Сеченова. Проведение практических работ предназначено для закрепления теоретических положений лекционного курса и материала учебника по нормальной физиологии. Описание практических работ включает основные теоретические положения этого раздела физиологии, которые способствуют правильному осмыслению результатов экспериментов на животных и обследований людей. Для студентов лечебного и медико-профилактического факультетов медицинских вузов. УДК 612(075.8) ББК 28.707.3я73 ISBN 978-5-9986-0252-8 © Коллектив авторов, 2016 © Оформление. ООО «Издательство «Медицинское информационное агентство», 2016 Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой-либо форме без письменного разрешения владельцев авторских прав. Предисловие Практикум по нормальной физиологии предназначен для студентов лечебного и медико-профилактического факультетов медицинских высших учебных заведений. Учебное пособие составлено профессорско-преподавательским коллективом кафедры нормальной физиологии Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова. В его основе лежат методические разработки кафедры по курсу нормальной физиологии, которые создавались и совершенствовались в течение ряда лет. Практикум включает основные вопросы действующей программы по курсу нормальной физиологии. В учебном пособии представлен материал по проведению 25 практических занятий, которые являются базисными при изучении нормальной физиологии в любом медицинском вузе. Все разработки имеют единую структуру: название раздела, название темы занятия, основные теоретические вопросы темы, блок практических работ, рекомендации к оформлению протокола. В конце материалов каждого занятия даются контрольные вопросы. Основные и контрольные вопросы направлены на теоретический материал данного раздела курса и способствуют более глубокому осмыслению студентом проводимых практических работ. Ряд практических работ и вопросов отражают теоретические положения теории функциональных систем П.К. Анохина, развитие которой продолжается в научно-педагогическом комплексе кафедры нормальной физиологии Первого МГМУ имени И.М. Сеченова с НИИ нормальной физиологии имени П.К. Анохина. 3 Занятие 1. Возбуждение нервной и мышечной ткани Теоретические вопросы 1. Свойства возбудимых тканей. Сравнительная характеристика раздражимости и возбудимости. 2. Покой и возбуждение. Роль ионных каналов в мембране возбудимой клетки при функциональном покое, местном и распространяющемся возбуждении. 3. Возбуждение и возбудимость. Рефрактерность и экзальтация. 4. Методы исследования функций возбудимых тканей. Применение макро- и микроэлектродов при исследовании возбуждения. Практические работы Работа 1.1. Приготовление нервномышечного препарата По отношению к внешнему раздражению ткани организма делятся на невозбудимые (эпителиальная, соединительная, костная) и возбудимые (нервная и мышечная). При раздражении нервной и мышечной ткани в ней возникает возбуждение, которое распространяется по этой ткани вдоль от места раздражения. Нервно-мышечный препарат лягушки является классическим объектом для изучения функций возбудимых тканей. Цель работы. Научиться выделять возбудимую ткань лягушки для изучения ее свойств. Оснащение: набор хирургических инструментов, физиологический раствор для холоднокровных животных, марля, эфир. Эксперимент выполняют на лягушке. 4 Занятие 1. Возбуждение нервной и мышечной ткани Содержание работы Наркотизированную лягушку оборачивают марлей так, чтобы лапки ее были прижаты к туловищу, а голова оставалась свободной. Ножницами отсекают верхнюю челюсть за глазными буграми. В центральный канал вводят зонд и разрушают спинной мозг. При втором способе обездвиживания лягушки большим пальцем наклоняют вперед голову лягушки и находят углубление кзади от затылочной кости. Вертикально вводят в субокципитальное отверстие конец зонда на глубину 1–2 мм, поворачивают зонд параллельно спинномозговому каналу, вводят в него зонд, который продвигают до крестцово-копчикового соединения. Круговыми движениями разрушают спинной мозг. Выводят иглу из центрального канала и, повернув ее на 180°, разрушают головной мозг. Критерием разрушения мозга является полное расслабление скелетных мышц лягушки и отсутствие защитных двигательных рефлексов на пощипывание кожи и потягивание за лапку. Взяв лягушку за задние лапки, поворачивают вниз брюшком и, отступив на 1,5 см выше копчика, перерезают позвоночный столб с окружающими тканями (рис. 1). Отделяют внутренние органы и брюшную стенку от задней части туловища. В руке остаются задние лапки с тазовой костью и небольшим отделом позвоночного столба. Захватив край кожи пинцетом, снимают ее с лапок. Вырезают копчик. По средней линии осторожно разделяют лапки, перерезая лобковое соединение. Одну лапку заворачивают в марлю, смоченную физиологическим раствором, с целью сохранения ее для второго эксперимента. На другой лапке подводят лезвие ножниц под пояснично-крестцовое сплетение и отделяют тазовую кость так, чтобы сплетение осталось соединенным с позвоночным столбом. Располагают препарат дорсальной поверхностью вверх. Раздвинув стеклянным крючком двуглавую и полуперепончатую мышцы, находят на бедре седалищный нерв. Приподнимают его и на всем протяжении осторожно отделяют от окружающих тканей. Бедренную кость и мышцы бедра отделяют от препарата выше коленного сустава. Затем переходят к выделению икроножной мышцы. Для этого отделяют мышцу от голени. Кости голени и другие мышцы голени удаляют, перерезая их ниже коленного сустава и выше пяточного сустава. Стопу отрезают ниже пяточного сустава. 5 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ В результате получают нервно-мышечный препарат, который является универсальным объектом для исследования функций скелетных мышц и нервов. Рис. 1. Этапы приготовления нервно-мышечного препарата: 1 — перерезка позвоночника после обездвиживания лягушки; 2 — снятие кожи с задних конечностей; 3 — линия разделения нижней части туловища; 4 — удаление копчиковой кости; 5, 6 — этапы выделения седалищного нерва; 7 — выделение икроножной мышцы и места перерезки бедра и голени; 8 — нервно-мышечный препарат Следует помнить, что при небрежном приготовлении препарата (прикосновении к нерву руками или металлическими предметами, натяжении, высыхании, механических повреждениях) препарат быстро теряет возбудимость. Поэтому во время проведения опыта необходимо прикасаться к нерву стеклянным крючком и часто увлажнять нерв и мышцы физиологическим раствором. Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Зарисовать основные этапы приготовления нервно-мышечного препарата. 6 Занятие 1. Возбуждение нервной и мышечной ткани Работа 1.2. Сравнение возбудимости нерва и мышцы Возбуждение — это процесс, характеризующийся изменением заряда мембраны при действии определенной силы раздражения. Возбудимость — это свойство возбудимой ткани возбуждаться при действии раздражения. Мерой возбудимости является порог раздражения. Порог раздражения — это минимальная сила раздражения, которая вызывает распространяющееся возбуждение, характеризующееся потенциалом действия. Величина порога раздражения для каждой клетки индивидуальна и зависит от разности между уровнем заряда мембраны и уровнем критической деполяризации. Возбудимость и порог раздражения находятся в обратно пропорциональной зависимости. Чем больше порог, тем меньше возбудимость и наоборот. Так, например, нервная ткань обладает высокой возбудимостью и низким порогом, а мышечная ткань — низкой возбудимостью и высоким порогом. Для того чтобы исследовать, что происходит с возбудимостью при возбуждении, необходимо после первого раздражения, вызывающего возбуждение, многократно повторно раздражать возбудимую ткань в различные фазы потенциала действия. Необходимо для каждой фазы потенциала действия найти порог раздражения, то есть минимальную силу раздражения, которая вызовет второе возбуждение. График изменения возбудимости во время потенциала действия строится экспериментально по точкам, в отличие от графика потенциала действия, который регистрируется на осциллографе при раздражении возбудимой ткани (рис. 2). Рис. 2. Изменения возбудимости при возбуждении: В — возбудимость; СП — супернормальная возбудимость; АР — абсолютная рефрактерность; ОР — относительная рефрактерность; ЭК — экзальтация; СБ — субнормальная возбудимость 7 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Во время предспайка разница между уровнем заряда мембраны и уровнем критической деполяризации уменьшается. Появляется возможность дополнительным пороговым раздражением меньшей величины быстрее открыть поры для ионов Na и достичь уровня критической деполяризации мембраны и быстрее вызвать потенциал действия. Возбудимость как обратная величина порога при этом увеличивается и становится супернормальной. При спайке открываются все поры для ионов Na, и натрий поступает снаружи внутрь клетки. Поэтому никакая величина раздражения не способна усилить процесс возбуждения. Порог раздражения увеличивается до бесконечности, а возбудимость, как обратная величина, падает до нуля. Падение происходит мгновенно при достижении зарядом мембраны уровня ее критической деполяризации. Наступает период абсолютной рефрактерности или полной невозбудимости. Свойство возбуждаться исчезает, так как мембрана уже возбуждена. Во время реполяризации поры для ионов Na постепенно закрываются, поэтому появляется возможность их заново открыть дополнительным раздражением. Однако сила раздражения должна быть выше, чем величина исходного порогового раздражения. Наступает период относительной рефрактерности, когда возбудимость постепенно восстанавливается до исходного уровня. Фазы абсолютной и относительной рефрактерности имеют важное физиологическое значение для понимания механизмов многих функциональных процессов в возбудимых тканях. Во время отрицательного следового потенциала разница между уровнем заряда мембраны и уровнем критической деполяризации меньше, чем в состоянии покоя. Порог раздражения также меньше, а возбудимость больше. Наступает стадия экзальтации, имеющая самостоятельное значение в ряде физиологических процессов. Во время положительного следового потенциала разница между уровнем заряда мембраны и уровнем критической деполяризации увеличивается, порог раздражения увеличивается, и возбудимость уменьшается. Наступает период субнормальной возбудимости, или вторичной относительной рефрактерности. Цель работы. Научиться измерять возбудимость нерва и мышцы. Сравнить возбудимость нерва и мышцы по величине порога раздражения. 8 Занятие 1. Возбуждение нервной и мышечной ткани Оснащение: кимограф, универсальный штатив с вертикальным миографом, пластина с раздражающими электродами для нерва, электрический стимулятор, двухполюсный ключ, чернила, бумага, физиологический раствор для холоднокровных животных. Эксперимент выполняют на лягушке. Содержание работы Собирают установку по схеме, представленной на рис. 3. Рис. 3. Установка для графической регистрации мышечных сокращений: 1 — электрический стимулятор; 2 — универсальный штатив; 3 — вертикальный миограф; 4 — икроножная мышца лягушки, фиксированная за коленный сустав к верхнему крючку и за пяточное сухожилие к нижнему крючку; 5 — регистрирующий рычажок; 6 — кимограф; 7 — барабан кимографа с закрепленной на нем бумагой; 8 — двухполюсный ключ; 9 — седалищный нерв; 10 — столик с электродами для раздражения нерва Приготовленный нервно-мышечный препарат закрепляют за два крючка миографа, накалывая на верхний крючок коленный сустав и на нижний крючок сухожилие с пяточными костями. Седалищный нерв располагают горизонтально так, чтобы он контактировал с раздражающими электродами, вмонтированными в пластиковый столик-ванночку. Под нерв и на него помещают тонкий слой ваты, обильно смоченной физиологическим раствором. Включают стимулятор. Ручку плавной регулировки напряжения устанавливают в положение “0 В”, а переключатель частоты — в положение “1 Гц”. 9 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Двухполюсный ключ устанавливают в положение “Нерв” и, постепенно вращая ручку плавной регулировки силы тока, находят его минимальную силу (порог раздражения), вызывающую сокращение мышцы. Подводят к ленте кимографа рычажок миографа с писчиком, наполненным чернилами, и записывают мышечное сокращение при непрямом раздражении мышцы. Затем переводят ключ в положение “Мышца” и аналогичным способом определяют порог раздражения мышцы при ее прямом раздражении. Запись производят на ленте кимографа (рис. 4). Рис. 4. Миограмма икроножной мышцы лягушки при непрямом (А) и прямом (Б) раздражении с помощью одиночных ударов тока. Стрелками показаны моменты нанесения раздражения, цифрами — сила раздражения в вольтах Оформление протокола 1. Зарисовать схему установки. 2. Записать ход опыта. 3. Вклеить полученную миограмму в тетрадь, сделать на ней обозначения. 4. В выводе дать обоснованную сравнительную оценку возбудимости нерва и мышцы в соответствии с величиной порогов их раздражения. Контрольные вопросы 1. Описание строения и функции биологических мембран. Мембранно-ионные механизмы происхождения биопотенциалов в покое. Методы регистрации мембранных потенциалов. Изменение проницаемости клеточных мембран при возбуждении. 2. Характеристика видов раздражения возбудимых тканей. Характеристика порога раздражения. Особенности местного и распространяющегося процессов возбуждения. Сравнительная характеристика порога раздражения и реобазы. 10 Занятие 1. Возбуждение нервной и мышечной ткани 3. Электрофизиологическая характеристика процесса возбуждения. Потенциал действия и его фазы. Ионные механизмы возбуждения. 4. Изменения проницаемости клеточной мембраны при возбуждении. Характеристика возбуждения и возбудимости. Изменение возбудимости при возбуждении. Характеристика рефрактерности и экзальтации. 5. Законы раздражения возбудимых тканей: “все или ничего”, “силы — времени”, “аккомодации”, “полярный”. Характеристика реобазы, хронаксии, аккомодации, катодической депрессии. 11 Занятие 2. Функции скелетной мускулатуры и мышц внутренних органов Теоретические вопросы 1. Функции мышечной ткани. Механизм одиночного и слитного сокращения. 2. Особенности сокращения скелетных мышц и мышц внутренних органов. 3. Экспериментальные методы исследования функций изолированных мышц и оценка функционального состояния мышечной системы человека. Динамометрия. Практические работы Работа 2.1. Зависимость амплитуды мышечного сокращения от силы раздражения Морфологически различают три вида мышечной ткани: 1) скелетную, поперечно-полосатую или исчерченную, 2) гладкую или неисчерченную и 3) миокардиальную поперечно-полосатую. Все мышцы обладают свойствами возбудимости, проводимости и сократимости. Сократимость — это свойство мышечной ткани укорачиваться при пороговом и надпороговом раздражении. Мышечные сокращения бывают одиночные и тетанические, возникающие при ритмическом раздражении. Кроме того, различают изометрические, изотонические и смешанные виды сокращений. При изометрическом сокращении увеличивается тонус мышцы без изменения ее длины. При изотоническом сокращении мышца укорачивается без изменения ее тонуса. Эти виды сокращений могут возникать при определенных условиях. Чаще происходят смешанные сокращения с изменением как длины, так и тонуса мышцы. В скелетной мышце каждое мышечное волокно подчиняется закону “Все или ничего”. Целая мышца не подчиняется этому закону, так как каждое мышечное волокно имеет свой порог раздражения 12 Занятие 2. Функции скелетной мускулатуры и мышц внутренних органов и при увеличении силы раздражения возбуждается большее количество мышечных волокон, а амплитуда сокращения мышцы увеличивается. В одиночном мышечном сокращении различают три периода: латентный, укорочения и расслабления (рис. 1). Рис. 1. Фазы одиночного сокращения: Р — раздражение; ПД — потенциал действия; ОС — одиночное сокращение; ЛП — латентный период; ПУ — период укорочения; ПР — период расслабления; В — возбудимость; АР — абсолютная рефрактерность; Э — экзальтация Латентный или скрытый период связан с возникновением и проведением возбуждения по мышце, которое потом переходит в сокращение. Одиночное мышечное сокращение способно к суммации. Если второе раздражение наносят в период расслабления, то расслабление сменяется вторым сокращением, амплитуда которого больше амплитуды первого сокращения. Если второе раздражение наносят в период укорочения, то укорочение удлиняется и увеличивается в амплитуде. Если второе раздражение наносят в латентный период, то сокращение не возникает, так как второе раздражение попадает в абсолютный рефракторный период первого возбуждения. 13 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Цель работы. Изучить применимость закона “Все или ничего” к свойствам скелетной мышцы. Оснащение: кимограф, универсальный штатив с вертикальным миографом, электрический стимулятор, чернила, бумага, физиологический раствор для холоднокровных животных. Эксперимент выполняют на лягушке. Содержание работы Изолированную икроножную мышцу лягушки укрепляют между двумя крючками миографа. Двухполюсный ключ переключают в положение “Мышца”. Раздражение мышцы производят от стимулятора с частотой 1 Гц и напряжением, увеличивающимся до максимального значения. При этом на миограмме амплитуда сокращения мышцы сначала увеличивается, а затем сохраняется на постоянном уровне (рис. 2). Рис. 2. Изменение амплитуды сокращений икроножной мышцы лягушки при увеличении силы одиночного раздражения. Стрелками показана величина раздражающих электрических импульсов: 1 — минимальное сокращение; 2 — субмаксимальные сокращения; 3 — максимальные сокращения Оформление протокола 1. Записать ход опыта. 2. Вклеить полученную миограмму в тетрадь, сделать на ней обозначения. 3. В выводе объяснить причину увеличения амплитуды сокращения мышцы при увеличении силы раздражения. 14 Занятие 2. Функции скелетной мускулатуры и мышц внутренних органов Работа 2.2. Зависимость характера мышечного сокращения от частоты раздражения. Зубчатый и гладкий тетанус При увеличении частоты раздражения возникает слитное или тетаническое сокращение мышцы. Последовательно возникают зубчатый тетанус, гладкий тетанус, оптимум и пессимум (рис. 3). Зубчатый тетанус возникает, когда каждое последующее раздражение попадает в период расслабления предыдущего одиночного сокращения. Гладкий тетанус возникает, когда каждое последующее раздражение попадает в период укорочения предыдущего одиночного сокращения. Оптимум — это максимальная амплитуда тетанического сокращения мышцы при ее ритмическом раздражении, когда каждое последующее раздражение попадает в период укорочения предыдущего одиночного сокращения и одновременно в фазу экзальтации предыдущего одиночного возбуждения. Пессимум — это расслабление мышцы при ее ритмическом раздражении с частотой больше меры лабильности, когда каждое последующее раздражение попадает в латентный период предыдущего одиночного сокращения и одновременно в рефрактерный период предыдущего одиночного возбуждения. Тетаническое сокращение — это лабораторный феномен, возникающий при искусственном ритмическом раздражении мышцы. В организме слитное сокращение скелетных мышц достигается последовательным, а не одновременным раздражением мышечных волокон. Частота возбуждений, приходящих по соматическим нервам к мышцам, обычно в 10 раз меньше по сравнению с лабильностью мышцы. Цель работы. Изучить суммацию мышечных сокращений при ритмическом раздражении. Оснащение: кимограф, универсальный штатив с вертикальным миографом, электрический стимулятор, чернила, бумага, физиологический раствор для холоднокровных животных. Эксперимент выполняют на лягушке. Содержание работы Изолированную икроножную мышцу лягушки укрепляют между двумя крючками миографа. Включают стимулятор и устанавлива- 15 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ ют надпороговую величину раздражения мышцы с частотой 1 Гц. Включают кимограф и регистрируют на миограмме 3–5 одиночных сокращений. Затем постепенно увеличивают частоту раздражения, отмечая изменение характера сокращения мышцы и возникновение зубчатого и гладкого тетануса (рис. 3). Рис. 3. Зависимость характера сокращения икроножной мышцы лягушки от частоты раздражения. Стрелками обозначены моменты ступенчатого увеличения частоты раздражения: 1 — одиночные сокращения; 2 — зубчатый тетанус; 3 — гладкий тетанус; 4 — уменьшение амплитуды сокращения при пессимальной частоте раздражения Оформление протокола 1. Записать ход опыта. 2. Вклеить полученную миограмму в тетрадь, сделать на ней обозначения. 3. В выводе объяснить: а) причину увеличения амплитуды тетанического сокращения по сравнению с одиночным; б) механизм возникновения зубчатого и гладкого тетануса; в) механизм возникновения оптимума и пессимума. Работа 2.3. Зависимость работоспособности мышцы от нагрузки Мышечное волокно состоит из миофибрилл, каждая из которых разделена мембранами на саркомеры. К мембранам прикреплены нити белка актина. На поверхности актина расположены тонкие нити тропомиозина, заканчивающиеся тропонином. Между актином находятся нити белка миозина, головки которых контактируют с тропонином на поверхности актина. При проведении возбуждения по мышечному волокну изменяется проницаемость поверхностной мембраны и саркоплазматического ретикулума, и внутрь клетки устремляются ионы Са++, 16 Занятие 2. Функции скелетной мускулатуры и мышц внутренних органов которые сдвигают в сторону тропонин. Головки миозина вступают в контакт с актином, и за счет энергии АТФ происходит изменение четвертичной структуры головок миозина, что напоминает гребковые движения весел на лодке. При этом миозин остается на месте, а нити актина сдвигаются к центру саркомера, и длина саркомера уменьшается. За счет уменьшения длины всех саркомеров миофибрилл происходит сокращение мышечного волокна и всей мышцы. Количество взаимодействующих контактов между актином и миозином определяет силу мышечного сокращения. Сила сокращения зависит от степени растяжения мышцы перед ее сокращением. Наибольшая амплитуда сокращения достигается при средней нагрузке. При этом между нитями актина и миозина возможно возникновение максимального количества контактов. При сильной нагрузке длина саркомеров увеличивается, и число контактов между нитями актина и миозина уменьшается, что приводит к меньшей силе сокращения. При отсутствии нагрузки число контактов между актином и миозином также уменьшается из-за того, что нити актина наползают друг на друга при уменьшении длины саркомера. Цель работы. Экспериментально обосновать закон средних нагрузок. Оснащение: кимограф, универсальный штатив с вертикальным миографом, электрический стимулятор, чернила, бумага, набор грузов от 10 до 200 г, физиологический раствор для холоднокровных животных. Эксперимент выполняют на лягушке. Содержание работы Изолированную икроножную мышцу лягушки укрепляют между двумя крючками миографа. На мышцу наносят одиночное надпороговое раздражение от стимулятора. Параметры раздражения в дальнейшем не меняют. График сокращения мышцы регистрируют на ленте, укрепленной на неподвижном барабане кимографа. Барабан кимографа вращают вручную и записывают прямую линию длиной 0,5 см. Затем к рычажку миографа подвешивают груз 10 г в месте прикрепления мышцы. За счет растяжения мышцы регистрируемая кривая смещается вниз. Барабан поворачивают еще на 0,5 см. На мышцу наносят повторное раздражение и записывают миограмму второго сокращения. Эксперимент повторяют неоднократно при 17 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ каждом последующем увеличении нагрузки на 10 г до прекращения изменения длины мышцы, т. е. ее максимального растяжения (рис. 4). В зависимости от размера мышцы и ее функционального состояния общую нагрузку на мышцу необходимо увеличивать до 50–200 г. Рис. 4. Одиночные мышечные сокращения при растяжении мышцы грузом: 0–110 — вес груза в граммах; 1–12 — номер сокращения мышцы Оформление протокола 1. Полученную миограмму вклеить в тетрадь. На миограмме отметить величину нагрузки при сокращении мышцы. 2. Заполнить таблицу 1. Таблица 1 Работы мышцы при ее сокращении с различным грузом № сокращения Вес груза Р, г Амплитуда сокращения, Высота Работа прописанная на миограм- подъема мышцы А, ме H, мм груза h, мм г × мм 1 2 … 12 3. Высоту подъема груза (h, мм) рассчитать по формуле: h = H × (l/L), 18 Занятие 2. Функции скелетной мускулатуры и мышц внутренних органов где H — амплитуда сокращения (мм), зарегистрированная на ленте кимографа, L — расстояние (мм) от оси вращения рычажка до писчика, l — расстояние (мм) от оси вращения рычажка до точки прикрепления к нему мышцы. Работу мышцы (А) вычислить по формуле: A = Р × h (г × мм). Построить график зависимости работы мышцы (А, мм) от нагрузки (P, г). 4. Сделать вывод о закономерности изменения работоспособности мышцы от нагрузки. 5. На основе теоретических знаний письменно ответить на следующие вопросы: а) какие механизмы сокращения мышцы объясняют закон средних нагрузок? б) связано ли уменьшение работоспособности мышцы при большой нагрузке с ее утомлением? в) какая связь между законом средних нагрузок и законом Старлинга? Работа 2.4. Сравнение чувствительности гладкой и скелетной мышц лягушки к химическим веществам Гладкая мышечная ткань обладает низкой возбудимостью, длительным возбуждением, медленной скоростью проведения возбуждения и самой низкой лабильностью. Одиночное сокращение возникает медленно, длительно продолжается и достигает значительной силы. Эти свойства используются в организме для длительного поддержания тонуса стенок и сфинктеров полых органов. Большая сила сокращения необходима для выполнения запирательной функции сфинктеров таких органов, как желудок, желчный пузырь, мочевой пузырь. Гладкие мышцы обладают автоматизмом, то есть способностью самопроизвольно возбуждаться без внешних раздражений. В связи с этим тонус и сокращение гладких мышц сохраняются даже в случае разрушения у животных головного и спинного мозга. Гладкие мышцы не подчиняются закону изолированного проведения возбуждения. За счет щелевых контактов (нексусов) возбуж- 19 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ дение распространяется с одного мышечного волокна на соседние. Поэтому гладкая мышца подчиняется закону “Все или ничего”, в отличие от скелетной мышцы, которая ему не подчиняется. Гладкие мышцы обладают пластическим тонусом или пластичностью, то есть способностью сохранять приданную медленным растяжением длину. Это свойство необходимо для сохранения неизменным тонуса гладких мышц полых органов, таких, как желудок, желчный пузырь, мочевой пузырь, при их медленном наполнении. В отличие от гладкой мышцы скелетная мускулатура обладает упругостью, то есть способностью возвращаться к исходной длине после растяжения. Одним из адекватных раздражений, то есть сходным с естественными, является быстрое растяжение мышцы. Это приводит к тому, что при быстром наполнении полых органов гладкие мышцы, выстилающие их стенки, начинают сокращаться, вызывая опорожнение этих органов. Гладкие мышцы, в отличие от скелетных, обладают повышенной химической чувствительностью. Поэтому, если скелетные мышцы сокращаются под влиянием только нервных возбуждений, то гладкие мышцы сокращаются за счет собственного автоматизма, действия вегетативной нервной системы и под влиянием биологически активных веществ, в частности гормонов. Цель работы. Изучить чувствительность различных видов мышечной ткани к биологически активным веществам. Оснащение: набор хирургических инструментов, универсальный штатив с укрепленным на нем рычажком Энгельмана и полкой для тела лягушки, кимограф, физиологический раствор и растворы ацетилхолина 1:50 000 и адреналина 1:1000, эфир. Эксперимент выполняют на лягушке. Содержание работы Лягушку обездвиживают. Вскрывают брюшную полость. Завязывают лигатуру вокруг кишечника в месте прикрепления тонкого кишечника к клоаке. Отрезают тонкий кишечник от клоаки выше места прикрепления лигатуры. Перерезают брыжейку клоаки, подтягивая клоаку вверх с помощью лигатуры. Лягушку кладут на укрепленную в штативе полку. Прикрепляют лигатуру к рычажку Энгельмана, натянув клоаку. Налаживают регистрацию записи на ленте 20 Занятие 2. Функции скелетной мускулатуры и мышц внутренних органов барабана кимографа (рис. 5). На кишку, не прерывая регистрации, наносят 2–3 капли раствора ацетилхолина и через 10 мин — раствора адреналина. Рис. 5. Установка для регистрации моторной активности клоаки лягушки: 1 — клоака; 2 — лигатура; 3 — рычажок Энгельмана; 4 — кимограф Затем лягушку снимают с полки и начинают подготовку ко второй части опыта. Для этого снимают кожу с одной из лапок ниже коленного сустава. Отрезают кости голени. Икроножная мышца остается прикрепленной к коленному суставу и к костям стопы. Привязывают лигатуру в месте прикрепления мышцы к стопе. Лягушку кладут на полку и колено прикалывают булавками к полке. Лигатуру прикрепляют к рычажку Энгельмана, натянув икроножную мышцу. Налаживают запись на кимографе. На мышцу наносят 2–3 капли раствора ацетилхолина и через 10 мин — раствора адреналина. Наличие или отсутствие сокращения и расслабления мышцы регистрируют на ленте кимографа (рис. 6). Рис. 6. Миограмма гладкой (стенки клоаки) (А) и поперечно-полосатой (икроножной) (Б) мышц лягушки при действии на них биологически активных веществ 21 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Оформление протокола 1. Полученные миограммы вклеить в тетрадь. На миограммах отметить места нанесения на мышцы ацетилхолина и адреналина. 2. Сделать вывод о чувствительности гладкой и скелетной мышц к химическим веществам. 3. На основе теоретических знаний объяснить соответствие между химической чувствительностью и функциональным назначением гладкой и скелетной мускулатуры в организме. Работа 2.5. Динамометрия Сила мышц является важным показателем функционального состояния скелетной мускулатуры. Динамометрия применяется в ортопедических и неврологических клиниках, в кабинетах лечебной физкультуры, в спортивных учреждениях, научно-исследовательских медицинских и спортивных лабораториях. Цель исследований. Научиться измерять силу мышечного сокращения у человека. Исследование 1. Ручная динамометрия Цель исследования. Определить функциональное состояние и физические возможности мышц-сгибателей кисти руки с помощью измерения силы сокращения этих мышц. Оснащение: ручной динамометр. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Обследуемый студент берет поочередно в кисть каждой руки ручной динамометр и сжимает его пружину. Показание прибора характеризует мышечную силу сгибателей кисти. Оформление протокола 1. Сравнить мышечную силу правой и левой рук и сделать вывод о степени выраженности право- или леворукости у испытуемого. 2. Сравнить результаты исследования со средними результатами в группе испытуемых и сделать вывод о функциональном состоянии и физических возможностях мышц испытуемого. 22 Занятие 2. Функции скелетной мускулатуры и мышц внутренних органов Исследование 2. Становая динамометрия Цель исследования. Определить функциональное состояние и физические возможности мышц-разгибателей туловища человека с помощью измерения максимальной силы и статической выносливости этих мышц. Оснащение: становой динамометр. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Обследуемый студент встает на подставку динамометра для упора ног. Он берет динамометр двумя руками за рукоятку. Крюк динамометра соединяют с подставкой через одну из соединительных планок, в зависимости от роста испытуемого. Положение туловища испытуемого должно быть наклоненным вперед под углом в 30° относительно вертикального положения тела. Ноги должны быть выпрямленными в коленных суставах и руки выпрямленными в локтевых суставах. Фиксирующую ручку динамометра переводят в положение “Ф”. Обследуемый кратковременно выпрямляет туловище, пытаясь максимально поднять рукоятку динамометра. Стрелка динамометра отклоняется и указывает на шкале прибора максимальную силу мышц-разгибателей туловища. Затем переходят к измерению статической выносливости мышц. Для этого фиксирующую ручку динамометра переводят в положение “Н”. Обследуемый выпрямляет туловище и удерживает заданную нагрузку (30 кг для мужчин и 15 кг для женщин) в течение максимального времени. Во время исследования обследуемый следит за показаниями динамометра через зеркало, укрепленное на динамометре. Зафиксированное экспериментатором время характеризует величину статической выносливости мышц. Оформление протокола 1. Результаты становой динамометрии нескольких испытуемых внести в таблицу 2. 2. Сравнить результаты измерений со средними результатами в группе испытуемых и сделать вывод о функциональном состоянии и функциональных возможностях мышц-разгибателей спины у разных испытуемых. 23 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ 3. На основе теоретических знаний перечислить факторы, определяющие мышечную силу и мышечную выносливость. Таблица 2 Работы мышцы при ее сокращении с различным грузом Испытуемый Максимальная сила мышц-разгибателей, кг Время удержания заданной нагрузки, с 1 2 … Контрольные вопросы 1. Характеристика видов мышечного сокращения. Механизм слитного сокращения. Условия возникновения оптимума и пессимума. Связь между оптимумом и лабильностью. 2. Механизм мышечного сокращения. 3. Закон средних нагрузок. 4. Сравнительная характеристика миографии и электромиографии. 5. Функциональные особенности гладких мышц по сравнению со свойствами скелетных мышц. Значение этих особенностей в миогенной регуляции моторных функций внутренних органов. 24 Занятие 3. Функции нервов и синапсов Теоретические вопросы 1. Проведение возбуждения по нервным волокнам. Законы проведения возбуждения. Опыт Гассера—Эрлангера. 2. Механизм синаптической передачи возбуждения. Функциональные свойства синапсов. 3. Экспериментальные методы исследования проведения возбуждения. 4. Методы оценки функционального состояния нервно-мышечной системы человека. Электромиография. Практические работы Работа 3.1. Сравнение лабильности синапса и мышцы В синапсе различают пресинаптическое окончание аксона, пресинаптическую мембрану, синаптическую щель и постсинаптическую мембрану. Часть медиатора синтезируется в теле нервной клетки и затем с помощью аксонного транспорта со скоростью около 40 см/сут попадает в пресинаптическое окончание. Другая часть медиатора синтезируется непосредственно в пресинаптическом окончании. Порции медиатора окружаются мембранами и в виде везикул хранятся в пресинаптическом окончании. При проведении возбуждения ионы Са++ входят в пресинаптическое окончание и присоединяются к везикулам, обеспечивая их перемещение к пресинаптической мембране и слияние с ней. Медиатор выходит в синаптическую щель, где с помощью диффузии пассивно передвигается к постсинаптической мембране. Медиатор действует на постсинаптические рецепторы, образованные белково-липидными молекулами, что приводит к открытию пор для ионов Nа и деполяризации постсинаптической мембраны. 25 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ При этом на мембране возникает возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП), который за счет местных токов вызывает потенциал действия в соседних участках поверхностной мембраны клетки и далее проводится по ней (рис. 1). Подействовавший на постсинаптическую мембрану медиатор разрушается ферментами. Продукты его распада всасываются в кровь или закачиваются в пресинаптическое окончание, где происходит синтез новых порций медиатора. Ацетилхолин расщепляется холинэстеразой, а норадреналин расщепляется последовательно действующими ферментами катехоламин-оксиметил-трансфераза (КОМТ) и моноаминоксидаза (МАО). В тормозных синапсах в качестве медиатора выступает гаммааминомасляная кислота (ГАМК) или глицин, которые увеличивают проницаемость постсинаптической мембраны для ионов К и С1. Ионы К выходят, а ионы С1 входят в клетку, в результате чего возникает гиперполяризация мембраны, и на ней формируется тормозной постсинаптический потенциал (ТПСП) (рис. 1). Порог раздражения увеличивается, возбудимость падает, и возбуждение не проводится, что и характеризует состояние торможения в нейрональных синапсах. Синапсы имеют определенные функциональные свойства. Свойство 1. В синапсах осуществляется одностороннее проведение возбуждения от пре- к постсинаптической мембране. Рис. 1. Постсинаптические потенциалы: ПД — потенциал действия; Свойство 2. За счет дифВПСП — возбуждающий постсинапфузии медиатора в синаптитический потенциал; ТПСП — торческой щели происходит симозной постсинаптический потеннаптическая задержка провециал; АХ — ацетилхолин; ГАМК — дения возбуждения. гамма-аминомасляная кислота 26 Занятие 3. Функции нервов и синапсов Свойство 3. Наличие постсинаптических рецепторов обусловливает высокую чувствительность синапсов к химическим веществам. Свойство 4. Постсинаптические потенциалы в синапсе не подчиняются закону “Все или ничего” и способны к суммации. Амплитуда постсинаптических потенциалов зависит от количества действующего на постсинаптическую мембрану медиатора. Свойство 5. Синапсы имеют низкую лабильность по сравнению с лабильностью нервов и мышц. Лабильность или функциональная подвижность характеризуется быстротой появления и исчезновения возбуждения и количественно отражает минимальную длительность процесса возбуждения. Мерой лабильности является максимальная частота раздражения, которую возбудимая ткань воспроизводит без трансформации ритма. Количественно мера лабильности является обратной величиной от длительности возбуждения или точнее от длительности рефрактерного периода (табл. 1). Свойство 6. Синапсы обладают повышенной утомляемостью по сравнению с утомляемостью нервов и мышц при их длительном ритмическом раздражении. Утомляемость связана с истощением запасов медиатора в синапсах. Таблица 1 Величины лабильности нерва, мышцы и синапса Возбудимое образование Нерв миелиновый Нерв безмиелиновый Мышца поперечно-полосатая Синапс нервно-мышечный Время абсолютного рефрактерного периода, мс 1 2 5 10 Мера лабильности, имп/с 1000 500 200 100 Цель работы. Сравнить меру лабильности возбудимых образований нервно-мышечного препарата. Оснащение: кимограф, универсальный штатив с вертикальным миографом, пластина с раздражающими электродами для нерва, электрический стимулятор, двухполюсный ключ, чернила, бумага, физиологический раствор для холоднокровных животных. Эксперимент выполняют на лягушке. 27 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Содержание работы Приготовленный нервно-мышечный препарат укрепляют на миографе. Определяют надпороговое значение раздражающего тока. Устанавливают ключ в положение “Нерв”. Включают стимулятор и, постепенно увеличивая частоту раздражения (1, 5, 10, 20 Гц и т. д.), отмечают, при каких частотах наступают максимальный подъем амплитуды (оптимум) и расслабление мышцы (пессимум). Выключают стимулятор, ручку регулировки частоты возвращают в исходное положение. Переводят ключ в положение “Мышца”, снова включают стимулятор и повторяют опыт. Фиксируют частоты, при которых наступают оптимум и пессимум. Сопоставляют полученную миограмму с эталоном (рис. 2). Рис. 2. Миограмма икроножной мышцы лягушки при увеличении частоты раздражения в ходе непрямого (А) и прямого (Б) раздражения Оформление протокола 1. Записать ход опыта, вклеить миограмму и сделать на ней обозначения. Указать оптимум и пессимум частоты при непрямом и прямом раздражении мышцы. 2. В выводе указать структуру нервно-мышечного препарата, обладающую наименьшей лабильностью, объяснить причину наступления оптимума и пессимума при меньшей частоте раздражения в условиях непрямого раздражения мышцы. 3. На основе теоретических знаний объясняют причины низкой или высокой лабильности различных возбудимых образований. Работа 3.2. Развитие утомления в нервномышечном препарате Цель работы. Сравнить утомляемость возбудимых образований нервно-мышечного препарата. Оснащение: кимограф, универсальный штатив с вертикальным миографом, пластина с раздражающими электродами для нерва, 28 Занятие 3. Функции нервов и синапсов электрический стимулятор, двухполюсный ключ, чернила, бумага, физиологический раствор для холоднокровных животных. Эксперимент выполняют на лягушке. Содержание работы Приготовленный нервно-мышечный препарат укрепляют на миографе. Подбирают надпороговую величину тока, вызывающую сокращение мышцы как при прямом, так и непрямом ее раздражении. Ключ устанавливают в положение “Нерв” (непрямое раздражение мышцы) и при медленном вращении барабана кимографа включают ритмичное раздражение частотой 1 Гц. Записывают сокращения мышцы до полного их исчезновения. Отмечают время развития утомления при непрямом раздражении мышцы. Затем переводят ключ в положение “Мышца” (прямое раздражение). Обращают внимание на амплитуду первого после переключения сокращения мышцы. Продолжают регистрацию сокращений при ритмичном раздражении до полного утомления мышцы. Отмечают время его развития. Сопоставляют полученную миограмму с эталоном (рис. 3). Рис. 3. Миограмма икроножной мышцы лягушки при длительном ритмическом раздражении: 1 — миограмма при непрямом раздражении мышцы; 2 — миограмма при прямом раздражении мышцы Оформление протокола 1. Записать ход опыта, вклеить миограмму и сделать на ней обозначения, записать время утомления нервно-мышечного препарата при прямом и непрямом раздражении мышцы. 2. В выводе объяснить, почему утомление нервно-мышечного препарата при непрямом раздражении мышцы развивается быстрее, чем при прямом. 29 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Работа 3.3. Электромиография Электромиограмма (ЭМГ) — графическая запись разности потенциалов на поверхности тела человека в области сокращающейся мышцы, отражающая напряженность электромагнитного поля вокруг мышцы при проведении возбуждения в мышечных волокнах. Считается, что ЭМГ отражает “суммарную электрическую активность” мышцы. С помощью электромиографии оценивают не только состояние скелетных мышц, но и управляющих ими нервов и нервных центров. Электромиография — один из современных инструментальных методов исследования нервно-мышечной системы человека. Метод широко применяется в неврологии и ортопедии, в спортивной медицине и научно-исследовательских медицинских лабораториях. Исследование 1. Изучение зависимости амплитуды ЭМГ от силы сокращения мышц Цель исследования. Научиться оценивать функциональное состояние скелетных мышц человека по изменению их суммарной биоэлектрической активности. Оснащение: электромиограф. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Электромиографические электроды укрепляют на внутренней стороне предплечья обследуемого студента. ЭМГ регистрируют на полиграфе, при сжатии динамометра с силой 10 и затем 20 кг в течение 15 с (рис. 4). Рис. 4. Электромиограмма мышц предплечья при сжатии кисти с силой 10 и 20 кг 30 Занятие 3. Функции нервов и синапсов Оформление протокола 1. Полученные кривые вклеить в тетрадь. К графикам сделать соответствующие подписи, отметить силу сжатия динамометра. 2. Сделать вывод о зависимости амплитуды ЭМГ от силы сокращения мышцы. 3. Объяснить, в чем заключается отличие между миографией и электромиографией? Исследование 2. Исследование функционального состояния нервномышечной системы человека с помощью электромиографии Цель исследования. Научиться оценивать функциональное состояние нервно-мышечной системы человека по изменению биоэлектрической активности мышц. Оснащение: электромиограф. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Электромиографические электроды накладывают обследуемому студенту на предплечья с расстоянием 8 см между ними. Перед началом регистрации ЭМГ записывают калибровочный сигнал. Затем обследуемый сжимает кисть в кулак с максимальным усилием в течение 15 с. Процедуру повторяют несколько раз. Оформление протокола 1. Наиболее типичную ЭМГ и калибровочный сигнал вклеить в тетрадь. 2. На ЭМГ определить частоту и амплитуду потенциалов. 3. Полученные параметры сопоставить с параметрами ЭМГ в норме и при различных видах патологии нервно-мышечной системы человека (табл. 2). 4. Сделать вывод о норме или возможной патологии в состоянии нервно-мышечной системы испытуемого. 31 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Таблица 2 Параметры ЭМГ при различных функциональных состояниях нервно-мышечной системы человека Частота ЭМГ, Гц 50–100 50–100 Амплитуда ЭМГ Форма ЭМГ Большие хаотич- Веретено ные изменения каждого последующего колебания от маленьких до больших Отсутствие волн с Веретено большой амплитудой 50–100 Амплитуда волн изменяется незначительно Меньше 10 Любая Веретено 10–50 Любая Веретено 4–10 Синхронизированная 0 Отсутствует Любая Любая Периодические залпы на фоне веретена Прямая линия, “биоэлектрическое молчание” Резкое начало с высокой амплитудой Веретено Функциональное состояние Норма Миопатия, центральные пирамидные парезы, радикулоневриты Патология корешков спинного мозга Поражение соматических нервов и мотонейронов спинного мозга Начало заболеваний нервов и мотонейронов спинного мозга Заболевания экстрапирамидной системы Гибель всех или части мотонейронов спинного мозга Нарушения пирамидной системы Контрольные вопросы 1. Характеристика проводимости. Механизмы проведения возбуждения вдоль нервных волокон. Законы проведения возбуждения в нервах. 32 Занятие 3. Функции нервов и синапсов 2. Классификация нервных волокон. Методика регистрации потенциалов действия в нервах и нервных волокнах. 3. Характеристика различных способов проведения возбуждения между возбудимыми клетками. Классификации синапсов. Функциональные свойства синапсов. 4. Характеристика лабильности и меры лабильности. Сравнительная характеристика меры лабильности нервов, мышц и синапсов. 5. Характеристика нейромедиаторов и нейромодуляторов. Особенности проведения возбуждения в нервно-мышечных, нейро-органных и центральных синапсах. Особенности проведения возбуждения в возбуждающих и тормозных синапсах. 33 Занятие 4. Основные функции крови Теоретические вопросы 1. Жидкие среды организма. Интерстициальная жидкость, лимфа, кровь, тканевая жидкость. Их состав и функции в организме. 2. Основные функции крови. 3. Физико-химические характеристики крови: рН, давление осмотическое, давление онкотическое, вязкость, объем и температура крови. Функциональное значение гомеостатических параметров. 4. Буферные системы крови. 5. Состав и функции плазмы крови. Белки плазмы и их функции. Физиологическое значение онкотического давления для транскапиллярного обмена. 6. Форменные элементы крови: эритроциты, лейкоциты, тромбоциты. Их основные функции. Понятие гематокрита, факторы, влияющие на его величину. 7. Эритроциты. Количество, функции, физиологические свойства. Виды гемолиза эритроцитов, его последствия для организма. Эритропоэз, регуляция эритропоэза. 8. Гемоглобин крови: его состав и функции. Виды гемоглобина и его химические соединения. Их значения для организма. 9. Клинически важные показатели крови, определяемые лабораторными методами: скорость оседания эритроцитов, гематокрит, цветовой показатель, содержание гемоглобина, количество форменных элементов. 10. Лейкоциты, количество, функция, понятие лейкоцитоза и лейкопении. Лейкоцитарная формула. Регуляция лейкопоэза. 11. Саморегуляторные механизмы поддержания клинически важных показателей крови — объема циркулирующей крови и рН. 34 Занятие 4. Основные функции крови Практические работы Работа 4.1. Определение количества эритроцитов в крови Нормальное среднее содержание эритроцитов в 1 л крови у мужчин 4,0–5,0 × 1012/л и у женщин — 3,7–4,7 × 1012/л. Общее количество эритроцитов, циркулирующих в организме взрослого человека, — 25 × 1012–30 × 1012. Уменьшение количества эритроцитов наблюдается при кровотечениях, гемолитических, железо- и B12-дефицитной анемиях, лейкозах, метастазах злокачественных новообразований, гипо- и апластических процессах, сопровождающихся пониженной эритробластической функцией костного мозга, и др. Увеличение количества эритроцитов выявляют при эритремии и эритроцитозах. Цель работы. Научиться определять количество эритроцитов в крови и оценивать это количество по сравнению с нормой. Оснащение: микроскоп, смеситель для эритроцитов, счетная камера, покровное стекло, спирт, эфир, йод, вата, фильтровальная бумага, 3% раствор хлористого натрия. Исследование проводится на донорской крови. Содержание работы Смеситель (рис. 1) должен быть чистым и сухим. В кровь погрузите конец смесителя с резиновой трубкой и грушей и наберите кровь до отметки “0,5” или “1”. Кончик капилляра до окончания набора крови нельзя вынимать из капли. Набирают кровь строго до метки, а если крови набрали больше, выпускают лишнюю порцию крови на вату или фильтровальную бумагу. Сразу же по окончании набора крови опускают конец смесителя в разбавляющую жидкость (3% раствор NaCl) и набирают ее до метки “101”. При взятии крови до метки “0,5”, а разбавляющего раствора до метки “101” кровь разводится в 200 раз. Если кровь набрана до метки “1”, а разводящий раствор до метки “101”, происходит разведение в 100 раз. Смеситель переводят в горизонтальное положение, снимают резиновую трубку, закрывают капилляр с обеих сторон большим и указательным пальцами одной руки и тщательно перемешивают кровь с жидкостью, встряхивая смеситель. 35 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Затем переходят к работе со счетной камерой Горяева. Камера Горяева изготовлена из стекла и имеет две одинаковые начерченные на стекле сетки, разграниченные глубокой поперечной канавкой. Сбоку от сеток находятся стеклянные прямоугольные пластинки, к которым притирают специальные шлифованные покровные стекла. Сетка камеры Горяева состоит из 225 больших квадратов (15 × 15) (рис. 2). Большие квадраты, расчерченные вертикально и горизонтально на 16 маленьких квадратов, чередуются с квадратами, разделенными только вертикальными или горизонтальными линиями, и квадратами чистыми, без линий. Глубина камеры равна 1/10 мм, сторона маленького квадрата 1/20 мм. Таким образом, объем маленького квадрата равен 1/4000 мм. Камера Горяева и покровное стекло должны быть чистыми и сухими. Покровное стекло притирают к камере так, чтобы появились радужные кольца. Только при этих условиях соблюдается правильный объем камеры. Каплю разведенной крови вносят из смесителя на край притертого покровного стекла. Капля заходит под покровное стекло с помощью сил поверхностного натяжения. После заполнения камеры ее оставляют на 1–2 мин в покое для оседания форменных элементов. Затем приступают к подсчету эритроцитов при малом увеличении микроскопа в затемненном поле зрения. При этом диафрагма микроскопа прикрыта и конденсор микроскопа несколько опущен. Эритроциты считают в пяти больших квадратах, которые включают 80 маленьких квадратов (5 × 16). Для подсчета Рис. 1. Смесители: А — для подвыбирают большие квадраты, счета эритроцитов; Б — для подрасположенные по диагонали, счета лейкоцитов. 1 — капилляр; поскольку распределение кле2 — ампула; 3 — наконечник 36 Занятие 4. Основные функции крови ток в камере может быть неравномерным. Для этого под микроскопом ищут большой левый верхний разграфленный квадрат. Подсчитывают количество находящихся в нем эритроцитов. Затем по диагонали вниз и направо находят следующий разграфленный квадрат и т. д. Во избежание повторного подсчета одних и тех же эритроцитов руководствуются следующим правилом. Подсчитывают все эритроциты, находящиеся внутри каждого маленького квадрата. На разграничительных линиях эритроциты подсчитывают только тогда, когда они большей своей половиной заходят внутрь квадрата. Клетки, пересеченные разграничительной лиРис. 2. Счетная камера Горяева: нией пополам, подсчитывают А — вид сверху, Б — вид сбоку, В — лишь на двух сторонах квадрасетка камеры Горяева. 1 — маленьта — левой и верхней. Клетки, кий квадрат; 2 — большой квадрат выходящие большей своей половиной за пределы разграничительных линий, не подсчитывают. Результаты подсчета эритроцитов по каждому из пяти больших квадратов записывают отдельно и суммируют. Вычисление количества эритроцитов в 1 л крови проводят по формуле: E = N × 4000 × 200 × 106/80, где E — количество эритроцитов в 1 л крови, N — сумма эритроцитов, подсчитанных в 80 маленьких квадратах, 4000 — множитель, приводящий результат к объему 1 мкл крови, поскольку объем малого квадрата 1/4000 мкл, 200 — степень разведения крови, 106 — ко- 37 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ личество микролитров в 1 л, 80 — количество маленьких квадратов, в которых считались эритроциты. Для получения более точного результата производится подсчет в двух сетках камеры Горяева и рассчитывается средняя арифметическая величина количества эритроцитов. Оформление протокола 1. Зарисовать камеру Горяева и сетку камеры. 2. Записать формулу для расчета количества эритроцитов и вычислить это количество. 3. Сопоставить полученный результат с нормой. Работа 4.2. Определение количества лейкоцитов в крови В норме количество лейкоцитов в 1 л крови колеблется в пределах 4 × 109/л–9 × 109/л. Повышенное содержание лейкоцитов называется лейкоцитозом. Различают следующие виды лейкоцитоза: а) перераспределительный лейкоцитоз, возникающий за счет выхода крови в кровеносное русло из кровяного депо при физической нагрузке, шоке, операции; б) реактивный лейкоцитоз, который может быть вызван интоксикацией, воспалительным процессом, инфекционными заболеваниями; в) стойкий лейкоцитоз, наблюдающийся при лейкозах. Пониженное содержание лейкоцитов называется лейкопенией. Различают следующие виды лейкопении: а) функциональная лейкопения возникает при брюшном тифе, вирусных заболеваниях, голодании, анафилактических состояниях, после приема некоторых фармакологических препаратов, после воздействия ионизирующей радиации; б) органическая лейкопения возникает при остром лейкозе, апластической анемии. Цель работы. Научиться определять количество лейкоцитов в крови и оценивать это количество по сравнению с нормой. Оснащение: микроскоп, смеситель для лейкоцитов (рис. 1), счетная камера, покровное стекло, вата, фильтровальная бумага, разво- 38 Занятие 4. Основные функции крови дящая жидкость, содержащая 3–5% уксусной кислоты и 1% метиленового синего. Исследование проводится на донорской крови. Содержание работы Разведение крови осуществляют в смесителе для лейкоцитов. В смесителе для лейкоцитов кровь разводят в 10 или в 20 раз. В качестве разводящей жидкости употребляют 3–5% раствор уксусной кислоты, подкрашенный метиленовым синим. Уксусная кислота лизирует эритроциты, и метиленовый синий окрашивает ядра лейкоцитов, делая их видимыми под микроскопом. Перед заполнением камеры Горяева смеситель с разведенной кровью тщательно встряхивают. Камеру заполняют так же, как при подсчете эритроцитов. Лейкоциты подсчитывают в 100 больших квадратах. Эти квадраты сгруппированы по 4. Подсчет начинают с левой верхней группировки квадратов, а затем продвигают камеру последовательно от группировки к группировке. При подсчете лейкоцитов в каждом большом квадрате придерживаются правил, описанных для эритроцитов. Вычисление количества лейкоцитов в 1 л крови проводят по формуле: L = N × 4000 × 20 × 106/1600, где L — количество лейкоцитов в 1 л крови, N — число лейкоцитов, подсчитанных в 1600 маленьких квадратов, 4000 — множитель, приводящий результат к объему 1 мкл крови, поскольку объем малого квадрата 1/4000 мкл, 20 — степень разведения крови, 106 — количество микролитров в 1 л, 1600 — количество маленьких квадратов, в которых подсчитывали лейкоциты. Оформление протокола 1. Записать формулу для расчета количества лейкоцитов и вычислить это количество. 2. Сопоставить полученный результат с нормой. Работа 4.3. Определение содержания гемоглобина в крови Гемоглобин является дыхательным пигментом эритроцитов, составляя до 90% их сухой массы. Гемоглобин — сложный белок, состоящий из собственно белковой части (глобин) и небелковой 39 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ части — простетической группы (гем), содержащей железо. Важнейшая функция гемоглобина — связывание, перенос и высвобождение кислорода. Гемоглобин также принимает участие в транспорте углекислого газа в виде карбогемоглобина. Кроме этого, гемоглобин является главным внутриклеточным буфером, поддерживающим оптимальное для метаболизма рН. Содержание гемоглобина в норме — 130–180 г/л. Определение количества гемоглобина имеет важное клиническое значение и является обязательным компонентом любого анализа крови. Важнейшими методами определения количества гемоглобина являются колориметрические. Цель работы. Научиться определять количество гемоглобина в крови и оценивать это количество по сравнению с нормой. Оснащение: гемометр Сали, 0,1% раствор HCl, дистиллированная вода, капилляр. Исследование проводится на донорской крови. Содержание работы Гемометр Сали состоит из пластмассового корпуса, в котором расположены три пробирки одинакового диаметра (рис. 3). Средняя пробирка пустая. На стенке ее имеется вертикально расположенная градуировка. Две крайние пробирки герметично запаяны и содержат стандартный раствор солянокислого гематина светло-коричневого цвета. Интенсивность окраски стандартного раствора соответствует идеальному нормальному содержанию гемоглобина 166,7 г/л (16,67 г%). В градуированную пробирку до нижней метки наливают 0,1% раствор соляной кислоты. В капиллярную пипетку до отметки 0,1 набирают кровь и медленно выпускают ее под слой кислоты. Содержимое пробирки Рис. 3. Гемометр Сали: 1 — проперемешивают и оставляют на бирки со стандартным раствором; 5–10 мин. Соляная кислота 2 — пробирка с исследуемой кросоединяется с гемоглобином и вью; 3 — смеситель; 4, 5 — пипетка превращает его в солянокислый и палочка для смешивания 40 Занятие 4. Основные функции крови гематин. Полученный раствор солянокислого гематина темно-коричневого цвета разводят водой до цвета стандартного раствора в боковых пробирках. Верхний уровень жидкости в средней пробирке указывает на шкале пробирки количество гемоглобина в крови. Оформление протокола 1. Записать ход измерения количества гемоглобина. 2. Зарисовать гемометр Сали. 3. Сопоставить полученный результат с нормой. Работа 4.4. Определение цветового показателя Цветовой показатель (ЦП) характеризует степень насыщения крови гемоглобином относительно степени насыщения крови эритроцитами. В норме ЦП равняется 0,9–1,1. Эритроциты с таким показателем называются нормохромными, с показателем больше 1,1 — гиперхромными и меньше 0,9 — гипохромными. Цель работы. Научиться определять цветовой показатель крови и оценивать это количество по сравнению с нормой. Оснащение: результаты предыдущих опытов по количеству эритроцитов и содержания гемоглобина в крови, номограмма. Содержание работы Цветовой показатель вычисляют по формуле: ЦП = (Hb1/Hb2)/(Er1/Er2), где Hb1 и Er1 — содержание гемоглобина и количество эритроцитов в исследованной крови, Hb2 и Er2 — содержание гемоглобина (167 г/л или 100% по Сали) и количество эритроцитов (5 × 1012) в норме. Затем определяют цветовой показатель по номограмме. Номограмма состоит из трех шкал: “а” — шкалы значений цветового показателя, “б” — шкалы значений содержания гемоглобина в % и “в” — шкалы значений количества эритроцитов в 1 мкл крови (рис. 4). На шкалах номограмм “б” и “в” находят значения, соот- 41 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Рис. 4. Номограмма для определения цветового показателя (ЦП) крови: а — шкала величин цветового показателя (безразмерная величина); б — шкала процентного содержания гемоглобина по Сали в %; в — количество эритроцитов в 1 мкл крови; прямая линия на номограмме — пример определения ЦП ветствующие количеству эритроцитов и гемоглобина, измеренные в предыдущих работах. Найденные точки на шкалах номограмм соединяют прямой линией. По точке пересечения линии со шкалой “а” определяют величину ЦП. На номограмме приведен пример определения величины ЦП крови, когда число эритроцитов составляет 3,5 в 1 мкл крови и содержание гемоглобина по Сали 70%. ЦП при этом равняется 1,0. Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Зарисовать номограмму. 3. Сделать заключение о соответствии полученного результата среднестатистическому значению ЦП крови. Работа 4.5. Определение скорости оседания эритроцитов Эритроциты несвернувшейся крови при длительном хранении обладают свойством оседать на дне пробирки, склеиваясь друг с другом в “монетные столбики”, над которыми образуется слой прозрачной жидкости — плазмы. Эритроциты оседают потому, что их относительная плотность больше, чем относительная плотность плазмы. Поверхность эритроцитов заряжена отрицательно. Этот дзета-потенциал эритроцитов обеспечивает в норме взаимное оттал- 42 Занятие 4. Основные функции крови кивание эритроцитов, что поддерживает взвешенное состояние эритроцитов в крови. Скорость оседания эритроцитов (СОЭ) в пробирке зависит от белкового состава плазмы, главным образом, от соотношения альбуминов и глобулинов. В норме отношение количества альбуминов к глобулинам равно 1,5–2,3. Уменьшение коэффициента за счет увеличения количества глобулинов снижает дзета-потенциал и ускоряет СОЭ, что наблюдается при некоторых физиологических (беременность) и патологических (воспаление, туберкулез) процессах. Цель работы. Научиться определять СОЭ по методу Панченкова и оценивать СОЭ по сравнению с нормой. Оснащение: прибор Панченкова, лимоннокислый натрий. Исследование проводят на донорской крови. Содержание работы Градуированную капиллярную пипетку (рис. 5) предварительно промывают 3,7% раствором цитрата натрия. Затем набирают в пипетку этот же раствор до метки “Р”, что составляет 25 мкл. Цитрат натрия выливают в обычную пробирку. Исследуемую кровь набирают в капиллярную пипетку до метки “К”, что составляет 100 мкл. Кровь сливают в пробирку с цитратом и тщательно перемешивают. Затем вновь набирают в капиллярную пипетку смесь крови с цитратом натрия до метки “0”. Капилляр с цитратной кровью ставят вертикально между двумя резиновыми прокладками в прибор Панченкова. В ходе измерения СОЭ необходимо поддерживать комнатную температуру в пределах 18–22 °С. Более низкая температура замедляет СОЭ, а более высокая температура ускоряет СОЭ. Через час определяют величину СОЭ по высоте столбика плазмы Рис. 5. Прибор Панченкова: К — над осевшими эритроцитами кровь; Р — реактив; 0–100 — шкала высоты в мм в миллиметрах. 43 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Зарисовать прибор Панченкова. 3. Сделать заключение о соответствии полученного результата среднестатистическому значению СОЭ. Работа 4.6. Исследование химического гемолиза Процесс разрушения клеточной мембраны эритроцитов, при котором гемоглобин выходит в плазму, называется гемолизом. Кровь после гемолиза представляет собой прозрачную жидкость красного цвета, которую называют лаковой кровью. Различают химический, осмотический, механический и термический гемолиз. Цель работы. Исследовать различные виды химического гемолиза. Оснащение: 4 пробирки, физиологический раствор, эфир, раствор HCl 0,1%, раствор аммиака. Исследование проводят на донорской крови. Содержание работы 4 пробирки размещают в штативе. В каждую пробирку наливают по 5 мл физиологического раствора и по 0,5 мл (5–10 капель) исследуемой крови. Затем в 1-ю пробирку добавляют 1 мл эфира, во 2-ю пробирку — 1 мл 0,1% раствора HCl, в 3-ю пробирку — 5 мл раствора аммиака, в 4-ю пробирку — 5 мл физиологического раствора. Содержимое пробирок встряхивают в течение 30 с, а затем снова ставят в штатив и рассматривают их содержимое в проходящем свете. При наличии гемолиза кровь становится лаковой. Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Зарисовать пробирки с соответствующим цветом крови. 3. Объяснить причину химического гемолиза эритроцитов. 44 Занятие 5. Антигенные и защитные функции крови Теоретические вопросы 1. Защитные функции крови: свертывающая и противосвертывающая, фагоцитарная и иммунная функция, фибринолитическая функция. 2. Принципы классификации групп крови по системе АВ0. Характерные особенности каждой группы крови. Физиологические основы переливания крови. 3. Резус-фактор, значение для клинической практики. Механизм развития резус-конфликта. Развитие резус-конфликта в системе мать — плод. 4. Клинические методы определения групп крови и резус-фактора. 5. Правила переливания крови. Понятие донора и реципиента. 6. Физиологическое значение процесса свертывания крови. Основные этапы гемостаза. Основные факторы свертывания. Роль тромбоцитов. 7. Сосудисто-тромбоцитарный гемостаз и его фазы. 8. Коагуляционный гемостаз и его фазы. 9. Противосвертывающая система, ее взаимодействие со свертывающей системой. 10. Фибринолиз, физиологическое значение для организма. Практические работы Работа 5.1. Определение группы крови по системе AB0 Существуют разные виды классификации групп крови. В основе разделения крови человека на группы по системе AB0 лежит нали- 45 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ чие на клеточной мембране эритроцитов белков агглютиногенов (A, B), а в плазме крови — белков агглютининов (α, β). A и α, B и β называются одноименными. В крови здорового человека не могут одновременно находиться одноименные агглютиногены и агглютинины. При взаимодействии одноименных агглютиногенов и агглютининов происходит реакция агглютинации, т.е. склеивание эритроцитов. Изучение условий агглютинации эритроцитов сделало возможным определение групп крови. Агглютиногены возникают у человека еще в эмбриональном периоде развития. Агглютинины появляются позже, и количество их в сыворотке крови у детей первых недель после рождения небольшое. В зависимости от наличия или отсутствия в эритроцитах агглютиногенов и в плазме агглютининов различают четыре группы крови по системе AB0: I группа или 0 (α, β), II группа или А (β), III группа или В (α), IV группа или АВ (0). В настоящее время для определения группы крови используют синтетические цоликлоны анти-А и анти-В, которые являются аналогами естественных агглютининов α и β плазмы крови. Цель работы. Научиться определять групповую принадлежность крови по системе АВ0. Оснащение: специальная розетка с нанесенными на ней обозначениями агглютининов сывороток крови, стандартные сыворотки I, II, III, IV групп крови или их аналоги — растворы искусственных цоликлонов, стеклянные палочки, пипетки. Исследование проводят на донорской крови. Содержание работы Для определения группы крови исследуемую кровь смешивают со стандартными сыворотками II и III групп, содержащими по одному агглютинину β или α соответственно. В настоящее время для определения резус-фактора используют синтетические цоликлоны анти-А и анти-В, которые являются аналогом естественных резусантител плазмы крови. На специальную розетку пипетками наносят по крупной капле сывороток или цоликлонов III и II группы. Нельзя допускать смешивания этих растворов! Маленькую каплю исследуемой крови наносят рядом с каплей сыворотки с помощью стеклянной палочки и осторожно переме- 46 Занятие 5. Антигенные и защитные функции крови Анти-А Анти-В шивают кровь с сывороткой. В другую сыворотку крови каплю исследуемой кроI (0) ви вносят другой палочкой. Слегка покачивают розетку в течение 5 мин, наблюдая за каплями. Агглютинация II (А) эритроцитов выглядит в виде мелких красных крупинок, постепенно увеличивающихIII (В) ся в размере на фоне светлеющей сыворотки. На основании наличия или отсутствия агглютинации делают вывод IV (АВ) о группе крови. Отсутствие агглютинации Рис. 1. Агглютинация эритроциэритроцитов в обеих сывороттов разных групп крови (I, II, III, IV), ках служит доказательством содержащих агглютиногены А и В, принадлежности исследуемой при смешивании их с растворами крови к I группе крови. Если цоликлонов анти-А и анти-В агглютинация произошла с сывороткой III группы крови, то исследуемая кровь II группы. Если агглютинация произошла с сывороткой II группы крови, то исследуемая кровь III группы. В случае агглютинации эритроцитов в обеих сыворотках исследуемая кровь относится к IV группе (рис. 1). Полная схема возникновения агглютинации эритроцитов при взаимодействии агглютиногенов донора с агглютининами реципиента представлена в табл. 1. Таблица 1 Наличие (+) или отсутствие (–) агглютинации эритроцитов при взаимодействии агглютиногенов донора с агглютининами реципиента Агглютиногены донора 0 (I) А (II) В (III) AB(IV) Агглютинины реципиента α β (I) – + + + β (II) – – + + 0 (IV) α (III) – + – + – – – – 47 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Зарисовать таблицу возникновения агглютинации эритроцитов. 3. Зарисовать полученные капли с наличием или отсутствием агглютинации эритроцитов. 4. Сделать вывод о групповой принадлежности исследованной крови. Работа 5.2. Определение резус-фактора Кроме агглютиногенов, определяющих четыре группы крови по системе АВ0, эритроциты могут содержать в разных комбинациях другие агглютиногены. Среди них особенно большое значение имеет резус-фактор. Резус-фактор в виде белка Rh-агглютиногена находится на клеточной мембране эритроцитов. В плазме здорового человека отсутствуют врожденные агглютинины к резус-фактору. Однако агглютинины или резус-антитела могут вырабатываться иммунной системой резус-отрицательного реципиента при переливании ему резус-положительной крови. Повторное переливание резус-положительной крови приводит к аутоиммунному гемолизу эритроцитов перелитой крови с последующим гемотрансфузионным шоком. Резус-антитела могут выработаться у резус-отрицательной матери, беременной резус-положительным плодом. Резус несовместимость матери и плода возникает при дефектах плаценты, когда она теряет свои барьерные функции, и кровь матери и плода смешивается. Тогда иммунная система матери вырабатывает резус-антитела к эритроцитам плода, что приводит к гемолизу эритроцитов крови плода и его внутриутробной гибели. В настоящее время для определения резус-фактора используют синтетический цоликлон анти-D, который являются аналогом естественных резус-антител плазмы крови. Цель работы. Научиться определять резус-фактор крови. Оснащение: специальная розетка, стеклянная палочка, пипетки, стандартная антирезус-сыворотка или ее аналог — раствор искусственных цоликлонов. Исследование проводят на донорской крови. 48 Занятие 5. Антигенные и защитные функции крови Содержание работы Пипеткой наносят на розетку крупную каплю сыворотки антирезус. Рядом с сывороткой стеклянной палочкой помещают маленькую каплю исследуемой крови. Стеклянной палочкой смешивают каплю крови с каплей сыворотки и осторожно перемешивают кровь с сывороткой. Покачивая тарелку, наблюдают за возможной реакцией агглютинации эритроцитов. При наличии агглютинации исследуемая кровь резус-положительная, а при отсутствии агглютинации — резус-отрицательная. Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Зарисовать каплю сыворотки с наличием или отсутствием агглютинации эритроцитов. 3. Сделать вывод о резус-факторе исследованной крови. Контрольные вопросы 1. Кровь как внутренняя среда организма: состав крови и количество крови в организме и ее функции. Основные гомеостатические показатели крови и их характеристика. 2. Плазма крови, ее химический состав. Белки плазмы крови, их количество и функции. Роль белков плазмы крови в механизме обмена жидкости между кровью и тканями. 3. Функциональная система, поддерживающая кислотно-основное (рН) состояние крови на оптимальном для метаболизма уровне. Понятие об ацидозе и алкалозе. Буферные системы крови, их характеристики и принцип действия. 4. Форменные элементы крови. Эритроциты: количество, физиологическая роль. Гемолиз эритроцитов, виды гемолиза. Скорость оседания эритроцитов (СОЭ), ее клиническое значение, факторы, влияющие на СОЭ. 5. Форменные элементы крови. Лейкоциты: виды лейкоцитов, их количество и функции. Лейкоцитарная формула, ее практическое значение. 6. Гемоглобин крови: химическая структура, количество, виды гемоглобина и его химические соединения. Функции гемоглобина. 49 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Метод определения содержания гемоглобина в крови. Миоглобин. 7. Группы крови. Система классификации крови на группы (АВО). Определение групп крови в системе АВО. Резус-фактор. Причины резус-конфликта между матерью и плодом. Метод определения резус-фактора крови. Физиологические основы и правила переливания крови. 8. Механизм свертывания крови. Механизм сосудисто-тромбоцитарного и коагуляционного гемостаза. Факторы свертывания крови. Противосвертывающая и фибринолитическая системы крови. Методы определения времени свертывания и времени кровотечения крови. 50 Занятие 6. Гормональная регуляция функций организма Теоретические вопросы 1. Гуморальная регуляция. Определение. Факторы гуморальной регуляции. 2. Современные представления о гормонах. Химическая классификация. Образование в организме. Нейросекреция. Пути поступления в клетки (аутокринный, паракринный, телекринный). Типы рецепции гормонов. Взаимодействие гормонов в клетке (синергизм, антагонизм, пермиссивное действие). 3. Частная физиология эндокринных желез. Основные гормоны и их функции. 4. Общие свойства и функции белково-пептидных гормонов. Регуляторные пептиды. 5. Общие свойства и функции стероидных гормонов. Органы-мишени. Роль гипоталамуса и гипофиза в регуляции и секреции стероидных гормонов. 6. Центральные и периферические механизмы регуляции функций желез внутренней секреции. Функциональная классификация и роль гормонов гипоталамуса и гипофиза в регуляции функции желез внутренней секреции. Прямые и обратные гормональные связи. Метаболитная регуляция желез внутренней секреции. Роль вегетативной нервной системы в регуляции желез внутренней секреции. 7. Место и роль гуморальной регуляции в функциональных системах. 8. Функциональная система, поддерживающая уровень глюкозы на уровне, оптимальном для метаболизма. Характеристика узловых механизмов: полезный приспособительный результат, рецепция результата, избирательное объединение желез внутренней секреции и их гормонов в исполнительных механизмах системы 51 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ (гипофиз, щитовидная железа, корковое и мозговое вещество надпочечников, поджелудочная железа). 9. Физиологическое действие инсулина. Клетки, органы-мишени. 10. Физиологическое действие контринсулярных гормонов. Клетки, органы-мишени соматотропина, тироксина, адреналина, глюкокортикоидов, глюкагона. Практические работы Работа 6.1. Влияние адреналина на сократительную функцию сердца и матки крысы Различие рецепторов в мышечном слое матки (миометрий) и сердца (миокард) обусловливает неодинаковый характер их реагирования на гормоны и медиаторы. Цель работы. Исследовать отличие действия адреналина на сердце и матку. Оснащение: результаты экспериментов по влиянию адреналина на амплитуду сокращений матки и сердца крысы. Содержание работы Анализируют реакции изолированного сердца крысы и матки на действие адреналина (рис. 1). Рис. 1. Влияние адреналина на амплитуду сокращений сердца (а) и матки крысы (б) Оформление протокола 1. Зарисовать графики сокращений матки и сердца крысы при действии на них адреналина. 2. Объяснить причины различия действия адреналина на сердце и матку. 52 Занятие 6. Гормональная регуляция функций организма Работа 6.2. Влияние адреналина на пигментные клетки лягушки Адреналин является гормоном мозгового вещества надпочечников, вызывающим множественные физиологические реакции. Цель работы. Исследовать влияние адреналина на пигментацию кожи лягушки. Оснащение: раствор адреналина 1:1000, шприц с иглой. Эксперимент проводят на двух лягушках. Содержание работы Вводят одной из лягушек в лимфатический мешок или подкожно 0,5 мл раствора адреналина на спинную поверхность в область уростиля. Эту лягушку и вторую контрольную (интактную) лягушку помещают в банку и наблюдают за окраской кожи в течение 15– 20 мин. Отмечают время, через которое кожа лягушки, получившей адреналин, посветлеет. Оформление протокола Объяснить эффект действия адреналина на окраску кожи лягушки. Работа 6.3. Модель экспериментального бесплодия у крыс Гипоталамический центр, регулирующий секрецию половых гормонов в женском организме, состоит из тонического и циклического отделов. У самок крыс тонический центр гипоталамуса, определяющий развитие гонад и секрецию стероидов, завершает свое развитие в эмбриогенезе. Однако критическим периодом формирования физиологической активности циклического центра является 7–10-й день после рождения крыс. У взрослых особей активность циклического центра способствует увеличению концентрации фолликулостимулирующего и лютеинизирующего гормонов (ФСГ и ЛГ) в крови животного (рис. 2). Увеличение концентрации ФСГ и ЛГ определяет у взрослых особей процесс овуляции с возможностью оплодотворения яйцеклеток и возникновения беременности. 53 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Искусственное введение мужских половых гормонов андрогенов самкам крысят в течение двух недель после рождения блокирует развитие циклического центра гипоталамуса, тогда как тонический центр продолжает функционировать. Цель работы. Исследовать роль циклического центра гипоталамуса в динамике концентраций ФСГ и ЛГ в крови в ходе менструального цикла. Оснащение: экспериментальные кривые концентрации ФСГ и ЛГ в крови, характеризующие активность тонического и циклического центров гипоталамуса. Содержание работы Анализируют влияние искусственного введения андрогенов на концентрацию ФСГ и ЛГ в крови крысят (рис. 2). Рис. 2. Типы секреции фолликулостимулирующего и лютеинизирующего гормонов (ФСГ и ЛГ) Оформление протокола 1. Перерисовать кривые концентрации ФСГ и ЛГ в крови, характеризующие активность тонического и циклического центров гипоталамуса в течение менструального цикла. 2. Ответить на вопросы: а) какой центр регулирует созревание яйцеклетки? б) какой центр регулирует овуляцию? в) какой центр регулирует тоническую секрецию эстрогенов в двухфазном менструальном цикле? 54 Занятие 6. Гормональная регуляция функций организма Работа 6.4. Тест базальной температуры Измерение базальной температуры — температуры в прямой кишке используется для определения дня менструального цикла, в который происходит овуляция. При нормальном менструальном цикле базальная температура меняется в зависимости от фазы цикла. В фолликулярной фазе цикла температура обычно ниже 37 °С. Перед овуляцией она немного снижается. После овуляции базальная температура увеличивается. В лютеиновой фазе температура повышается на 0,6–0,8 °С и становится обычно выше 37 °С. За 1–2 дня до наступления менструации температура вновь понижается. Указанные флюктуации температуры связаны с колебанием эстрогенов и прогестерона в организме. Двухфазная температура указывает на чередование фолликулярной и лютеиновой фаз, что характерно для нормального (овуляторного) яичникового цикла. При ановуляторном (однофазном) цикле без овуляции наблюдается монотонность температурной кривой без подъема температуры. Рис. 3. Колебания базальной температуры женщин репродуктивного возраста в течение одного месяца: а — при овуляторном менструальном цикле; б — при ановуляторном менструальном цикле Обычно измеряют температуру в прямой кишке утром, перед подъемом, в положении лежа на боку, до приема пищи. Измерение проводят в течение 3–4 менструальных циклов, в одно и то же утреннее время; данные фиксируют. Строят график колебаний температуры, который пациентка предъявляет врачу. Оценивают: а) разность температур в I и II фазе цикла (больше 0,3–0,4°); б) интенсивность подъема (в течение 1–2 сут) и длительность повышения температуры после овуляторного понижения (не менее 10–12 сут). 55 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Цель работы. Изучить динамику базальной температуры в ходе менструального цикла. Оснащение: экспериментальные кривые базальной температуры женщин с овуляторным и ановуляторным циклом. Содержание работы Сравнивают два типа зарегистрированных кривых базальной температуры (рис. 3). Оформление протокола 1. Сделать заключение о том, какой из циклов является овуляторным, а какой — ановуляторным. 2. Рассчитать по графикам а и б продолжительность фаз менструального цикла. Контрольные вопросы 1. Понятие гуморальной регуляции. Факторы гуморальной регуляции. 2. Выработка гормонов и биологически активных веществ в организме: железы внутренней секреции, диффузная нейроэндокринная система, нейроэндокринные клетки. 3. Химическая классификация гормонов. 4. Функции гормонов стероидной и белково-пептидной природы. 5. Частная физиология желез внутренней секреции: образование, физиологические и метаболические эффекты гормонов аденогипофиза, нейрогипофиза, эпифиза, щитовидной железы, паращитовидных желез, коркового и мозгового вещества надпочечников, поджелудочной железы, половых желез, плаценты. 6. Центрально-периферические механизмы регуляции желез внутренней секреции. Роль гипоталамо-гипофизарного комплекса. Прямые и обратные гормональные связи. Метаболитная регуляция. Роль вегетативной нервной системы. 7. Гормональная регуляция в системной организации физиологических функций. Узловые механизмы функциональной системы, поддерживающей оптимальный для метаболизма организма уровень глюкозы в крови. Избирательное объединение желез внутренней секреции в исполнительных механизмах системы. Физиологическое действие инсулина и контринсулярных гормонов. Клетки, органы-мишени адреналина, кортизола, глюкагона, соматотропина, тироксина. 56 Занятие 7. Возбуждение в центральной нервной системе Теоретические вопросы 1. Нейрон и его физиологические функции. 2. Представление об интегративной деятельности нейрона по П.К. Анохину. 3. Нервный центр и его физиологические свойства. 4. Принципы распространения возбуждений в ЦНС. 5. Рефлекс, рефлекторная дуга, время рефлекса. Классификация рефлексов. Практические работы Работа 7.1. Спинальные рефлексы у лягушки. Роль пространственной организации рецептивного поля Элементарной формой нервной деятельности является рефлекс — ответная реакция организма на раздражение, осуществляемая с участием центральной нервной системы. В основе рефлекторной реакции лежит рефлекторная дуга, которая состоит из афферентного, центрального и эфферентного звеньев. Афферентное звено представлено нейронами, отростки которых связывают рецепторы с нервными центрами. Центральное звено представлено нервными центрами, то есть совокупностью нейронов, участвующих в обеспечении определенного вида рефлекса. Эфферентное звено представлено нервными клетками, отростки которых проводят возбуждение от нервных центров к исполнительным органам — мышце или железе. 57 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Нервный центр — совокупность нейронов, обеспечивающих отдельную физиологическую функцию или целостную реакцию организма. Время рефлекса — время прохождения возбуждения по рефлекторной дуге. Цель работы. Выявление зависимости двигательных реакций от места раздражения. Оснащение: препаровальный набор, штатив, 0,5% раствор соляной кислоты, вода, фильтровальная бумага, эфир. Эксперимент выполняют на лягушке. Содержание работы У наркотизированной эфиром лягушки удаляют головной мозг, отделив ножницами верхнюю челюсть по заднему краю глазниц (декапитация). Через 2–3 мин подвешивают лягушку за нижнюю челюсть на штативе. Кусочек фильтровальной бумаги, смоченной 0,5% раствором HCl, накладывают последовательно на брюшко, спину, бедро, голень и записывают характер ответной реакции. После каждого раздражения удаляют с кожи лягушки остатки кислоты, опуская лягушку в сосуд с чистой водой, не допуская попадания воды на уровень среза мозга. Оформление протокола 1. Полученные экспериментальные данные внести в таблицу 1. Таблица 1 Зависимость ответной реакции от места раздражения № 1 2 3 4 Область раздражения Брюшко Спина Бедро Голень Время рефлекса Характер ответной реакции 2. Нарисовать схему трехнейронной рефлекторной дуги оборонительного рефлекса. 3. На основании полученных данных объяснить зависимость характера ответной реакции от места раздражения. 58 Занятие 7. Возбуждение в центральной нервной системе Работа 7.2. Выявление зависимости ответной реакции от силы раздражения Цель работы. Выявление зависимости ответной реакции от силы раздражения. Оснащение: препаровальный набор, штатив, 0,1%, 0,5% и 1,0% растворы соляной кислоты, вода, четыре медицинских стаканчика, фильтровальная бумага, секундомер или часы с секундной стрелкой, эфир. Эксперимент выполняют на лягушке. Содержание работы Декапитируют лягушку и подвешивают на штативе. На кожу брюшка накладывают последовательно фильтровальную бумажку размером 1 см2, смоченную вначале 0,1%, далее 0,5% и 1% раствором соляной кислоты (HCl). Измеряют время рефлекса. После каждого раздражения смывают водой остатки кислоты. Интервалы между раздражениями выдерживают в течение 2–3 мин. Оформление протокола 1. Полученные экспериментальные данные внести в таблицу 2. Таблица 2 Зависимость ответной реакции от места раздражения № 1 2 3 Характер раздражения 0,1% HCl 0,5% HCl 1% HCl Время рефлекса Описание двигательной ответной реакции 2. Объяснить зависимость времени рефлекса от силы раздражителя. Работа 7.3. Структурно-функциональные основы ответных реакций (рефлексов) человека, используемых в клинике При исследовании здоровых людей, а также в клинической практике широко используются методы изучения состояния центральной нервной системы, основанные на анализе различных рефлекторных реакций. 59 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Цель работы. Получить и проанализировать некоторые рефлексы человека. Оснащение: неврологический молоточек. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Изучить методику получения ответных рефлекторных реакций человека при раздражении различных рецептивных полей. Проводят анализ путей распространения возбуждения в нервной системе при: а) ответных рефлекторных реакциях человека с сухожилий двуглавой (рис. 1а) и трехглавой (рис. 1б) мышц руки; б) ответных рефлекторных реакциях человека с сухожилий четырехглавой мышцы ноги — коленном рефлексе (рис. 2а) и ахиллова сухожилия — ахиллова рефлекса (рис. 2б); в) ответной рефлекторной реакции с кожной поверхности подошвы — рефлекса Бабинского (рис. 3). Рис. 1. Сухожильные рефлексы верхней конечности 60 Занятие 7. Возбуждение в центральной нервной системе Рис. 2. Сухожильные рефлексы нижней конечности — коленный и ахиллов рефлексы Рис. 3. Рефлекторная реакция с кожной поверхности подошвы — рефлекс Бабинского 61 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Ознакомиться с содержанием таблиц 3, 4 и 5, описывающих кожные и надкостничные рефлексы, а также рефлексы со слизистых оболочек. Таблица 3 Кожные рефлексы Кожные рефлексы Брюшные: а) верхний б) средний в) нижний Методика исследования Уровень замыкания рефлекторной дуги Рукояткой неврологического молоточка, Т1–Т8 затупленной иглой или спичкой наносить штриховое раздражение на три-четыре пальца выше пупка параллельно реберной дуге, наблюдать сокращение брюшных мышц на соответствующей стороне Нанести штриховое раздражение кожи Т9–Т10 на уровне пупка, наблюдать сокращение брюшных мышц. Нанести штриховое раздражение на кожу Т11–Т12 на три-четыре пальца ниже пупка, наблюдать сокращение брюшных мышц. Таблица 4 Надкостничные рефлексы НадкостМетодика исследования ничные рефлексы Надбровный Неврологическим молоточком нанести легкий удар по краю надбровной дуги, наблюдать смыкание век НижнечеНеврологическим молоточком слегка люстной ударить по подбородку при приоткрытом рте, наблюдать сокращение жевательных мышц и поднятие нижней челюсти ПястноНеврологическим молоточком нанести удар по шиловидному отростку, налучевой (стилоради- блюдать сгибание в локтевом суставе и альный) пронацию предплечья 62 Уровень замыкания рефлекторной дуги I ветвь V–VII черепно-мозговых нервов Чувствительные и двигательные волокна III ветви V черепно-мозгового нерва С5–С6–С7–С8 Занятие 7. Возбуждение в центральной нервной системе Лопаточноплечевой Костно-абдоминальный Неврологическим молоточком нанести С3–С5 удар по внутреннему краю лопатки, наблюдать приведение, ротацию плеча кнаружи Т6–Т7 Неврологическим молоточком слегка ударить по краю реберной дуги, кнутри от сосковой линии, наблюдать сокращение мышц живота на соответствующей стороне Таблица 5 Рефлексы со слизистых оболочек Рефлексы со Методика исследования слизистых оболочек Корнеальный Кусочком свернутой ватки прикоснуться поочередно к роговице правого и левого глаза, наблюдать смыкание век Глоточный Шпателем или чайной ложкой прикоснуться к задней стенке глотки, наблюдать рвотное или кашлевое движение Небный Шпателем или чайной ложкой коснуться небной занавески, наблюдать поднятие небной занавески Уровень замыкания рефлекторной дуги Чувствительные и двигательные волокна V–VII черепно-мозговых нервов Чувствительные и двигательные ядра IX–X черепно-мозговых нервов Чувствительные и двигательные ядра IX–X черепно-мозговых нервов Оформление протокола 1. Зарисовать в тетради схемы основных ответных реакций (рефлексов) человека, используемых в клинике. 2. Описать защитные оборонительные рефлексы с кожной поверхности и слизистых оболочек. 63 Занятие 8. Процесс торможения в ЦНС Теоретические вопросы 1. Общебиологическое значение и физиологическая роль торможения в деятельности ЦНС. 2. Классификация торможения: а) по отделам ЦНС: таламическое (И.М. Сеченов), спинальное (Ч. Шеррингтон), ретикулярное (Г. Мегун), корковое (И.П. Павлов); б) по виду конфигурации нейронных цепей: возвратное, реципрокное, латеральное; в) по локализации торможения на нейронах: пресинаптическое и постсинаптическое; г) по механизмам: гиперполяризующее, с устойчивой деполяризацией, с устойчивой поляризацией. Практические работы Работа 8.1. Исследование сеченовского торможения Торможением называется активный биологический процесс, внешним выражением которого является прекращение или ослабление наличного процесса возбуждения. Торможение в ЦНС было открыто И.М. Сеченовым в 1862 году. По отделам центральной нервной системы, в которых формируется этот процесс, торможение может быть: спинальное, ретикулярное, таламическое, мозжечковое, корковое. По локализации на теле нейрона выделяют постсинаптическое и пресинаптическое торможение. Постсинаптическое торможение возникает при обязательном участии тормозного вставочного нейрона, медиатор которого вызывает повышение порога возбуждения основного нейрона. Пресинаптическое торможение развивается при участии аксо-аксонального синапса вставочного 64 Занятие 8. Процесс торможения в ЦНС нейрона на пресинаптическом окончании основного нейрона, что приводит к блокированию проведения импульсов по пресинаптическим путям к постсинаптической нервной клетке. Цель работы. Получить в эксперименте на лягушке центральное торможение защитной оборонительной реакции. Оснащение: препаровальный набор, скальпель, глазные ножницы, кристаллы хлорида натрия, раствор Рингера, штатив, 0,25% раствор соляной кислоты, вода, два медицинских стаканчика, фильтровальная бумага, секундомер или часы с секундной стрелкой, эфир. Эксперимент выполняют на лягушке. Содержание работы У наркотизированной лягушки обнажают головной мозг. Поперечным разрезом в области зрительных бугров отделяют большие полушария (рис. 1). После подсушивания места разреза определяют время кислотного рефлекса по Тюрку, пользуясь 0,25% раствором Рис. 1. Схема сеченовского торможения 65 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ кислоты. На основании 2 или 3 измерений рассчитывают среднее время рефлекса. Полученные результаты вносят в таблицу 1. После определения исходного времени рефлекса вновь подсушивают место разреза и накладывают на зрительные бугры кристаллик поваренной соли (NaCl). Через 1–2 мин определяют время рефлекса в ходе 2–3 измерений. Рассчитывают среднее время рефлекторного ответа, которое вносят в таблицу 1. Убедившись в том, что раздражение зрительных бугров вызывает торможение двигательного рефлекса у лягушки, удаляют кристаллик соли. После промывания поверхности мозга 0,6% раствором поваренной соли через 5 мин вновь определяют время рефлекса по Тюрку. Результаты работы регистрируют в таблице 1. Таблица 1 Рефлексы со слизистых оболочек Условия Время рефлекса в секундах После удаления больших полушарий При наложении кристаллика соли на зрительные бугры После удаления соли Оформление протокола 1. Записать ход опыта. 2. Заполнить в тетради таблицу данными эксперимента. 3. В выводе дать объяснение механизма сеченовского торможения. 4. Зарисовать схему сеченовского торможения. Работа 8.2. Исследование торможения Гольца По конфигурации нейрональных сетей различают три вида торможения: возвратное торможение — процесс торможения эфферентных нейронов вызывается импульсами, возвращающимися к ним через промежуточные тормозные нейроны. Такими нейронами могут быть клетки Реншоу в спинном мозге. Реципрокное торможение — поочередное торможение эфферентных нейронов с учас- 66 Занятие 8. Процесс торможения в ЦНС тием тормозных клеток происходит в сегментах спинного мозга, где возбуждение мотонейронов мышц-сгибателей сопровождается торможением мотонейронов мышц-разгибателей. Латеральное торможение — торможение группы нейронов, вызванное возбуждением соседней группы нейронов. Этот вид торможения широко представлен в анализаторах, где оно обеспечивает их дискриминационную чувствительность или способность выделять несколько точек в рецептивном поле. Цель работы. Получить в эксперименте на лягушке сопряженное торможение защитной оборонительной реакции. Оснащение: препаровальный набор, скальпель, глазные ножницы, зажим или пинцет, штатив, 0,5% раствор соляной кислоты, вода, секундомер или часы с секундной стрелкой, эфир. Эксперимент выполняют на лягушке. Содержание работы Опыт проводят на спинальной лягушке. Определяют время двигательного сгибательного рефлекса при опускании лапки лягушки в 0,5% раствор соляной кислоты. Затем вновь определяют время этого рефлекса, но при одновременном механическом раздражении соляной кислотой и сдавливании зажимом или пинцетом другой лапки. Оформление протокола 1. Записать ход опыта. 2. Нарисовать схему сопряженного торможения. 3. Объяснить механизм сопряженного торможения. Контрольные вопросы 1. Нейрон и его физиологические свойства. Представление об интегративной деятельности нейрона по П.К. Анохину. 2. Нервные центры. Свойства нервных центров. 3. Механизмы распространения возбуждения в ЦНС. 4. Рефлекс, рефлекторная дуга, время рефлекса, классификация рефлексов. 5. Торможение в ЦНС. Опыт И.М. Сеченова. Классификация центрального торможения. Клеточные механизмы торможения. 67 Занятие 9. Методы исследования функций центральной нервной системы Теоретические вопросы 1. Стереотаксическая техника, электроэнцефалография, метод вызванных потенциалов, микроэлектродная техника, методика микроионофореза. 2. Функции спинного мозга. 3. Функции продолговатого мозга. 4. Функции среднего мозга. 5. Функции промежуточного мозга. 6. Функции мозжечка. 7. Функции коры больших полушарий. Функциональная асимметрия коры мозга. Практические работы Работа 9.1. Электроэнцефалографический анализ деятельности головного мозга Электроэнцефалография (ЭЭГ) — метод исследования головного мозга, основанный на регистрации его суммарных электрических потенциалов. С помощью этого метода можно определять локализацию органических поражений мозга, а также, что более существенно, оценивать его функциональную активность. В стволе мозга и в передних отделах лимбической системы имеются ядра, активация которых приводит к изменению уровня функциональной активности практически всего мозга. Эти образования подразделяются на восходящие активирующие системы и подавляющие, тормозящие, сомногенные системы. Восходящие активирующие системы располагаются на уровне ретикулярной формации среднего мозга и в преоптических ядрах переднего мозга. Тормозящие системы располагаются главным образом в продолговатом мозге, нижних отделах моста и неспецифических таламических ядрах. 68 Занятие 9. Методы исследования функций центральной нервной системы Активирующие ретикулокортикальные и лимбикокортикальные системы вызывают повышение уровня функциональной активности мозга. При активации сомногенных ретикулокортикальных и таламокортикальных систем уровень бодрствования снижается вплоть до засыпания (рис. 1). Рис. 1. Схема восходящих систем регуляции уровня активности мозга: D1 и D2 —десинхронизирующие активирующие системы переднего мозга и среднего мозга; S1 и S2 — синхронизирующие тормозящие системы продолговатого мозга и моста и неспецифических ядер промежуточного мозга Возбуждение активирующих ретикулокортикальных систем приводит к возникновению на ЭЭГ десинхронизации, выражающейся появлением высокочастотной, нерегулярной, низкоамплитудной активности. При снижении активности мозга сокращается афферентный приток возбуждений к нервным центрам. Отдельные нейроны функционально объединяются при этом в огромные популяции с синхронизированной активностью, которая отражается на ЭЭГ медленными, регулярными, высокоамплитудными колебаниями. Распространение возбуждения в мозге, изменение потенциалов на мембранах нейронов создают неоднородное в пространстве и изменяющееся во времени электрическое поле. В связи с этим между двумя точками мозга, а также между мозгом и удаленными от него тканями организма возникает разность потенциалов, которая и регистрируется с помощью метода электроэнцефалографии. При экспериментах на животных регистрируется электроэнцефалограмма 69 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ коры и подкорковых структур. В клинических исследованиях ЭЭГ отводится с помощью электродов, расположенных на электронейтральных покровах головы человека и в некоторых экстракраниальных точках. Отведение ЭЭГ может быть монополярным, при котором активный электрод располагается над определенным участком мозга, а пассивный (референтный) — на мочке уха, подбородке или на носу. При биполярном отведении регистрируется изменение разности потенциалов между электродами, расположенными над мозгом (рис. 2). Рис. 2. Международная схема расположения электродов 10–20: О — затылочное отведение; Р — теменное отведение; С — центральное отведение; F — лобное отведение; Т — височное отведение; Та — переднее височное отведение; Тр — заднее височное отведение; d — правое полушарие мозга; s — левое полушарие Разность потенциалов между электродами на интактных покровах головы не превышает 100–150 мкВ, поэтому отводимые сигналы усиливаются, затем отфильтровываются от различных помех и регистрируются на чернилопишущем устройстве (рис. 3). В цифровых электроэнцефалографах ЭЭГ записывается на магнитном носителе или лазерном компакт-диске с одновременным выводом на экран. 70 Занятие 9. Методы исследования функций центральной нервной системы Рис. 3. Блок-схема электроэнцефалографа: 1 — голова исследуемого с отводящими электродами; 2 — входная коробка; 3 — соединительные кабели; 4 — селекторный блок с переключателями для каждого канала; 5 — блок усиления (У) с фильтрами высокой и низкой частоты (Ф); 6 — блок регистрации Основными характеристиками ЭЭГ являются частота и амплитуда. Частота определяется количеством колебаний в секунду и выражается в герцах (Гц). Амплитуда измеряется от пика предшествующей волны до пика последующей волны в противоположной фазе и выражается в микровольтах (мкВ). Для пересчета используется калибровочный сигнал. В соответствии с международным стандартом отклонение пера на 7 мм соответствует 50 мкВ (рис. 4). Рис. 4. Измерение частоты (I) и амплитуды (II) на ЭЭГ Определенный тип электрической активности, соответствующий тому или иному состоянию мозга, соответствует понятию “ритм”. Для взрослого бодрствующего человека наиболее характерны α- (альфа) и β- (бета) ритмы. Альфа (α) ритм имеет частоту 8–13 Гц и амплитуду до 100 мкВ. Ритм лучше всего выражен в затылочных областях, наибольшую амплитуду имеет в состоянии спокойного расслабленного бодрствования, особенно при закрытых глазах. 71 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Бета (β) ритм имеет частоту 14–40 Гц и амплитуду до 15 мкВ. Ритм появляется при повышении функциональной активности мозга, например, при открывании глаз (реакция десинхронизации). Тета (θ ) ритм имеет частоту 4–6 Гц и амплитуду от 40 до 300 мкВ. Дельта (Δ) ритм имеет частоту 0,5–3 Гц и амплитуду до 300 мкВ. Медленноволновые ритмы характерны для состояния сна. В состоянии бодрствования они могут в небольшом количестве встречаться на ЭЭГ взрослого здорового человека. У детей и подростков они наблюдаются чаще. Увеличение доли θ-ритма и Δ-ритма при возрастании их амплитуды у взрослого бодрствующего человека свидетельствует о развитии патологических процессов (рис. 5). Рис. 5. Основные ритмы ЭЭГ Цель работы. Провести анализ ЭЭГ человека. Оснащение: электроэнцефалограф. Исследование проводится в специально оборудованной электроэнцефалографической лаборатории. Обследуемого человека экранируют металлическим экраном от внешних электромагнитных воздействий. Содержание работы Устанавливают с помощью шлема электроды для лобного и затылочного отведений при биполярном способе записи. Проводят калибровку прибора. Осуществляют регистрацию ЭЭГ при открытых и закрытых глазах. 72 Занятие 9. Методы исследования функций центральной нервной системы Рис. 6. Реакция десинхронизации на ЭЭГ при открытии глаз: F — лобные отведения, О — затылочные отведения, вертикальная линия — момент открытия глаз Определяют частоту и амплитуду ритма ЭЭГ в затылочных и лобных отведениях при открытых и закрытых глазах. Для определения частоты ритма ЭЭГ подсчитывают количество колебаний на протяжении времени регистрации и рассчитывают количество колебаний в секунду. Амплитуду ритма ЭЭГ измеряют по максимальной амплитуде колебаний в мм и вычисляют амплитуду ритма ЭЭГ в мкВ, зная амплитуду калибровочного сигнала. Оформление протокола 1. Записать основные ритмы ЭЭГ и функциональные состояния организма, при которых возникают эти ритмы. 2. Вклеить в тетрадь ЭЭГ обследуемого человека. 3. Сделать заключение о ритме ЭЭГ обследуемого человека при закрытых и открытых глазах. Работа 9.2. Исследование импульсной активности нейронов с помощью микроэлектродной техники Регистрация импульсной активности отдельных нейронов может осуществляться у нервных клеток в культуре ткани, нейронов ганглиев беспозвоночных животных (например, виноградной улитки). Возможна регистрация импульсной активности нейронов ЦНС у позвоночных наркотизированных животных. Наиболее информативной, и в то же время наиболее сложной, является регистрация импульсации нервных клеток в условиях свободного поведения объекта. Электроды для регистрации клеточной активности часто изготавливаются из металла — вольфрама или нихрома, подобно элек- 73 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ тродам для регистрации суммарной электрической активности подкорковых структур, только с более тонкими кончиками. В ходе операции под наркозом в асептических условиях с применением стереотаксического метода электроды вживляются в исследуемые структуры мозга и фиксируются к черепу животного. Однако при использовании металлических электродов, как правило, регистрируется импульсная активность нескольких нейронов (нейронного “пула”), поэтому приходится применять амплитудно-частотные фильтры для выделения отдельных импульсных потоков. Наилучшее качество регистрации разрядной деятельности нервных клеток отмечается при использовании стеклянных микроэлектродов. Цель работы. Ознакомиться с методикой регистрации отдельных нейронов центральной нервной системы и изучением разрядной деятельности нейронов головного мозга животных. Оснащение: комплекс электрофизиологической аппаратуры, стеклянные микроэлектроды, полиграф для записи нейронной активности. Исследование проводят на кролике, кошке или крысе. Содержание работы Подготовка к регистрации импульсной активности отдельных нейронов стеклянными микроэлектродами начинается с укрепления в черепе животного металлического цоколя над исследуемым участком мозга. Операция трепанации черепа и установки цоколя проводится под наркозом в стерильных условиях. Твердая мозговая оболочка вскрывается. Специальным цементом цоколь дополниРис. 7. Микроманипулятор и стеклянный микроэлектрод, применяемые для регистрации импульсной активности отдельного нейрона в условиях свободного поведения животного: 1 — цоколь микроманипулятора; 2 — винты фиксации микроманипулятора в цоколе; 3 — корпус микроманипулятора; 4 — винт погружения микроэлектрода; 5 — трубка для микроэлектрода и винты крепления микроэлектрода; 6 — стеклянный микроэлектрод 74 Занятие 9. Методы исследования функций центральной нервной системы тельно укрепляется, отверстие в нем закрывается пробкой. Эксперименты начинаются через 3–5 дней после заживления операционной области черепа. На место пробки в отверстие цоколя вставляется и закрепляется шаровидная часть микроманипулятора (рис. 7), внутри которого располагается стеклянный микроэлектрод, наполненный 3 М раствором хлористого калия. На рис. 8 показан общий принцип установки для регистрации активности нейронов головного мозга в условиях свободного поведения животного. Регистрируемые микроэлектродом электрические сигналы нейронов коры и подкорковых структур усиливаются, регистрируются на компьютере или ленте записывающего устройства. Рис. 8. Блок-схема установки для регистрации импульсной активности нейронов у животного в условиях свободного поведения: ЭК — экранированная камера для экспериментального животного; ПК — персональный компьютер для записи и обработки зарегистрированной импульсной активности При регистрации импульсной активности нейронов животное осуществляет целенаправленное поведение, например, по добыванию порции пищи (рис. 9). Анализ активности нервных клеток позволяет выявить особенности импульсации, характерной для того или иного поведения или состояния животного. 75 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Оформление протокола 1. Зарисовать блок-схему установки для регистрации нейронной активности в условиях свободного поведения животного. 2. Вклеить в тетрадь примеры динамики импульсной активности нейрона коры головного мозга в пищедобывательном поведении животного. Рис. 9. Регистрация импульсной активности отдельного нейрона в условиях свободного поведения животного при его инструментальной пищедобывательной деятельности Работа 9.3. Исследование импульсной активности нейронов при микроионофорезе к нейронам биологически активных веществ Микроионофорез биологически активных веществ используется для изучения химической чувствительности мембран нервных клеток головного мозга. Регистрация импульсной активности осуществляется через центральный канал многоствольного стеклянного микроэлектрода. Биологически активные вещества в заряженном состоянии выводятся из боковых каналов электрода положительным или отрицательным током. Животное при этом может находиться в свободном состоянии и осуществлять целенаправленное поведение. Цель работы. Ознакомиться с методикой микроионофоретического подведения биологически активных веществ к отдельным нейронам коры головного мозга. Оснащение: комплекс электрофизиологической аппаратуры, стеклянные микроэлектроды, микроионофоретический аппарат, полиграф для записи нейронной активности. Исследование проводят на кролике, кошке или крысе. Содержание работы Исследуют импульсную активность нейронов животного на фоне подведения к нейронам биологически активных веществ, в частно- 76 Занятие 9. Методы исследования функций центральной нервной системы сти медиаторов. У животного, осуществляющего целенаправленную деятельность, одновременно фиксируют наиболее важные этапы этого поведения. Анализируют динамику импульсной активности нейронов на фоне подведения биологически активных веществ, делают заключение об изменении интегративной деятельности нейронов на определенных этапах целенаправленного поведения. Рис. 10. Импульсная активность (А) нейрона зрительной коры мозга кошки при добывании порции молока с помощью нажатия на педаль: I — нажатие на педаль; II — момент появления молока в кормушке; III — начало потребления молока. В, С, D — суммарное количество импульсов, зарегистрированных в нейроне в ходе 10 повторяющихся поведенческих актов (гистограмма). В — без подведения веществ к нейрону, С — на фоне микроионофоретического подведения к нейрону ацетилхолина, Д — на фоне микроионофоретического подведения к нейрону норадреналина Оформление протокола 1. Зарисовать примеры динамики импульсной активности нейрона коры головного мозга и гистограммы этой активности в пищедобывательном поведении животного в условиях микроионофореза (рис. 10). 77 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ 2. Сделать заключение о роли медиаторов в интегративной деятельности нейрона на отдельных этапах пищедобывательного поведения животного. Контрольные вопросы 1. Нейрон и его физиологические свойства. Представление об интегративной деятельности нейрона (П.К. Анохин). Методы исследования центральных нейронов. Электроэнцефалография. Основные ритмы электроэнцефалограммы. 2. Нервные центры. Свойства нервных центров. 3. Механизмы распространения возбуждений в ЦНС. 4. Рефлекс, рефлекторная дуга, классификация рефлексов, время рефлекса. 5. Торможение в ЦНС. Опыт Сеченова. Классификация центрального торможения. Клеточные механизмы торможения. 6. Мышечный тонус. Роль спинного мозга в регуляции мышечного тонуса. 7. Задний мозг и тонические рефлекторные реакции. 8. Поза. Центральные механизмы регуляции позы. 9. Центральные механизмы выполнения произвольного движения. 10. Роль подкорковых ядер и мозжечка в регуляции двигательной активности. 11. Ретикулярная формация: физиологические функции и свойства. 12. Кора больших полушарий и ее функциональные характеристики. Функциональная асимметрия коры мозга. 78 Занятие 10. Функции вегетативной нервной системы Теоретические вопросы 1. Структурные и функциональные особенности соматической и вегетативной нервной системы. 2. Общие принципы строения дуги вегетативного рефлекса. Вегетативные рефлексы и их виды. 3. Структурно-функциональные особенности симпатического отдела вегетативной нервной системы. Симпатоадреналовая система. 4. Структурно-функциональные особенности парасимпатического отдела вегетативной нервной системы. 5. Структурно-функциональные особенности метасимпатической нервной системы. 6. Ганглии вегетативной нервной системы, механизм передачи возбуждения в ганглиях. 7. Медиаторы и рецепторы в деятельности вегетативной нервной системы. 8. Центральная регуляция вегетативных функций. 9. Влияние симпатической и парасимпатической нервной системы на деятельность различных органов. 10. Адаптационно-трофическая функция вегетативной нервной системы. 11. Исследование функционального состояния вегетативной нервной системы. Практические работы Работа 10.1. Оценка вегетативного тонуса человека по индексу Кердо Индекс Кердо позволяет оценить состояние вегетативного тонуса по параметрам, характеризующим состояние сердечно-сосуди- 79 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ стой системы — артериальному давлению (АД) и частоте сердечных сокращений (ЧСС). Цель работы. Освоить метод оценки вегетативного тонуса человека по показателям артериального давления и частоте сердечных сокращений. Оснащение: тонометр с фонендоскопом, секундомер. Исследование проводят на человеке. Содержание работы У обследуемого студента в положении сидя после 5 мин покоя измеряют артериальное давление (АД, мм. рт. ст.) и частоту пульса (ЧСС, уд./мин). Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Рассчитать вегетативный индекс Кердо (ВИК, %) по формуле: ВИК = (1 – АДд/ЧСС) u 100 (%), где АДд — значение диастолического давления, ЧСС — частота сердечных сокращений в минуту. 3. По величине ВИК оценить исходный вегетативный тонус испытуемого. При нормотонии — ВИК от –10 до +10%, При симпатикотонии — ВИК более +10%, При ваготонии — ВИК менее –10%. Работа 10.2. Анализ вегетативной реактивности человека методом холодовой пробы Холодовая проба позволяет оценить вегетативную реактивность. Цель работы. Освоить метод оценки вегетативной реактивности с использованием холодовой пробы. Оснащение: тонометр с фонендоскопом, секундомер, сосуд с очень холодной водой или мелкими кусочками льда. Исследование проводят на человеке. 80 Занятие 10. Функции вегетативной нервной системы Содержание работы У обследуемого студента в положении сидя определяют АД (мм рт. ст.) и ЧСС. Обследуемый опускает кисть правой руки до запястья в сосуд с холодной водой на 1 мин. Определяют АД и ЧСС через 30 с и 1 мин от начала пробы, а также через каждую минуту, после того как рука извлечена из сосуда с холодной водой. Оформление протокола 1. Полученные данные оформить в виде таблицы 1. Таблица 1 Результаты холодовой пробы Параметр Исходные значения Время после холодовой пробы, мин 0,5 1 2 3 4 5 АДс, мм рт. ст. АДд, мм рт. ст. ЧСС, уд./мин ВИК, % 2. Рассчитать ВИК (см. работу 10.1). 3. Оценить вегетативную реактивность по изменению АД, ЧСС и ВИК. 1. Для нормальной вегетативной реактивности характерны следующие изменения. Систолическое АД повышается на 15–20 мм рт. ст. Диастолическое АД повышается на 10–15 мм рт. ст. Максимальный подъем АД происходит через 30 с от начала охлаждения. ЧСС увеличивается на 10–15 уд./мин. Возврат АД к исходному уровню происходит через 2–3 мин. 2. Гиперреактивность вегетативной нервной системы характеризуется более значительным повышением АД и ЧСС, что называется гиперсимпатической реакцией. 3. Гипореактивность вегетативной нервной системы характеризуется менее значительным увеличение АД и ЧСС, что называется слабой симпатической реакцией. 4. Извращенная реактивность вегетативной нервной системы характеризуется снижением АД и ЧСС, что называется парасимпатической реакцией. 81 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Работа 10.3. Оценка реактивности вегетативной нервной системы по вагальным рефлексам Некоторые сердечные рефлексы имеют важное практическое, а иногда и лечебное значение. Среди наиболее часто используемых — глазосердечный (Даньини—Ашнера), синокаротидный (Геринга—Чермека), солярный (Тома—Ру), названные рефлексы являются вагусными, то есть при раздражении соответствующих рефлексогенных зон ведут к стимуляции вагусных влияний на сердце. Центростремительные пути рефлексов достигают ядер блуждающих нервов в продолговатом мозгу, откуда начинаются центробежные пути, идущие к сердцу. Цель работы. Изучить механизмы наиболее значимых для клиники рефлекторных влияний на сердце человека. Оснащение: секундомер. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Последовательно провести исследование трех рефлексов. Рефлекс Даньини—Ашнера. Обследуемый студент сидит на стуле, расслабившись 5–6 мин. Подсчитывают у обследуемого исходный пульс. Располагают указательный и большой пальцы одной руки на глазных яблоках обследуемого и плавно надавливают на них в течение 10–30 с. Другой рукой считают пульс в течение 30 с. Синокаротидный рефлекс проводят через 8–10 мин после первого. Необходимо дождаться восстановления исходных значений пульса. Определяют пульсацию в области передней границы верхней трети грудино-ключично-сосцевидной мышцы (зона проекции сонной артерии в области ее бифуркации). Проводят легкое постоянное надавливание на нее в течение 20–30 с. Другой рукой считают пульс за 20–30 с. Солярный рефлекс. Дожидаются восстановления пульса у обследуемого. Проводят нерезкое давление кулаком в эпигастральной зоне в области солнечного сплетения в течение 30 с. Другой рукой подсчитывают пульс за 30 с. Оформление протокола 1. Записать ход наблюдений. 2. Занести полученные данные в таблицу 2. 82 Занятие 10. Функции вегетативной нервной системы Таблица 2 Результаты вагальных рефлексов Рефлексы Исходное значение Величина изменения пульса (уд./мин) пульса в пробе (уд./мин) Глазосердечный рефлекс Синокаротидный рефлекс Солярный рефлекс 3. Оценить степень выраженности рефлексов в соответствии с представленными нормативами в таблице 3. Таблица 3 Результаты вагальных рефлексов в норме Рефлексы Глазосердечный рефлекс Синокаротидный рефлекс Солярный рефлекс Исходное значение Величина изменения пульса (уд./мин) пульса в пробе (уд./мин) 60–65 -4,0 ± 3,8 60–65 -5,0 ± 2,7 60–65 -3,0 ± 2,7 При замедлении пульса в пределах М ± V рефлексы считают положительными. При замедлении пульса в изучаемых пробах больше, чем М ± V, рефлексы положительны с выраженной парасимпатической реактивностью. При неизменной сердечной деятельности рефлексы отрицательны. Если же стимуляция рефлексогенных зон ведет к учащению пульса, рефлексы считают извращенными, что может быть признаком выраженной симпатической реактивности, функциональных нарушений в регуляции деятельности сердца. 4. Объяснить происхождение и механизмы изучаемых рефлексов. Сделать вывод о вегетативной реактивности обследуемого человека. Работа 10.4. Оценка тонуса вегетативной нервной системы человека Простые пробы выполнимы в любых условиях. Несмотря на кажущуюся простоту, они дают важную информацию о состоянии вегетативной регуляции у человека. 83 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Цель работы. Исследовать рефлексы, отражающие тонус вегетативной нервной системы человека. Оснащение: секундомер, кушетка, деревянная палочка с острым концом. Исследование проводят на человеке. Содержание работы В работе участвуют два студента — один испытуемый, другой проводит пробы. Последовательно исследуют следующие вегетативные рефлексы. А. Клиностатический рефлекс (проба Даниелополу) Обследуемый студент плавно и спокойно переходит из вертикального положении в горизонтальное. При этом пульс замедляется на 4–6 уд./мин, что считается положительной реакцией, или на 8–12 уд./мин, что считается резко положительной реакцией. Замедление пульса зависит от рефлекторного повышения тонуса ядер блуждающих нервов. Б. Ортостатический рефлекс (проба Превеля) Обследуемый студент, находящийся в положении лежа, плавно встает. При этом в норме происходит ускорение пульса на 6– 24 уд./мин, что считается положительной реакцией, или более чем на 24 уд./мин, что считается резко положительной реакцией. Это зависит от рефлекторного повышения тонуса симпатической системы. В. Дермографизм — показатель тонуса прекапиллярных сосудов кожи Белый дермографизм вызывают быстрым нанесением легкого штриха на кожу острым концом деревянной палочки. Через 8–20 с после раздражения появляется белая полоска, которая в норме держится от 1 до 5–10 мин. Красный дермографизм вызывают медленным и сильным штрихом по коже тупым концом палочки. Через 5–15 с возникает красная полоска, сохраняющаяся в норме от 1,5 мин до 1–2 ч. В норме красный дермографизм возникает сразу после белого дермографизма. Возвышенный дермографизм. Производят сильное давление на кожу всей палочкой. Через 1–2 мин появляется бледноватый валик, сохраняющийся длительное время. В отличие от двух предыдущих видов дермографизма, возникающих у здоровых людей, этот вид дермографизма возникает при определенных функциональных нарушениях. 84 Занятие 10. Функции вегетативной нервной системы Рефлекторный дермографизм. Оказывают сильное штриховое давление на кожу острым концом палочки. Через 5–30 с появляются розово-красные (реже белые) пятна, занимающие полосу в 1–6 см. Контуры пятен неровные, фестончатые. Реактивные явления держатся в норме от 30 с до 10 мин. Г. Волосковый (пиломоторный) рефлекс (проба Тома) Вызывают механическим путем: пощипыванием кожи, трением, прикосновением льда, раздражением эфиром и хлорэтилом. В ответ возникает “гусиная” кожа в области раздражения. Д. Потовые рефлексы Вызывают различными способами: согреванием тела, введением потогонных веществ, местным кожным раздражением (уколы ладони, раздражение электрическим током). Оценку степени ответного потоотделения производят с помощью различных объективных методик. При раздражении парасимпатической системы отделяется жидкий, водянисто-обильный пот; при возбуждении симпатической системы — скудный, вязкий. Метод позволяет определить топографию потоотделительных расстройств. Оформление протокола 1. Записать результаты исследования. 2. Сделать заключение о типе вегетативной регуляции обследуемого. Контрольные вопросы 1. Вегетативная нервная система и ее роль в регуляции различных видов деятельности организма. Особенности строения рефлекторной дуги вегетативного рефлекса. Классификация вегетативных рефлексов. 2. Вегетативные ганглии: классификация, локализация, механизм передачи возбуждения в ганглиях. 3. Структурно-функциональная организация симпатического отдела вегетативной нервной системы (расположение центров, локализация ганглиев, виды нервных волокон, медиаторы и рецепторы). Симпатоадреналовая система. 4. Роль симпатической нервной системы в регуляции функций организма. Адаптационно-трофическая функция симпатической нервной системы. 85 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ 5. Структурно-функциональная организация парасимпатического отдела вегетативной нервной системы (расположение центров, локализация ганглиев, виды нервных волокон, медиаторы и рецепторы). 6. Роль парасимпатической нервной системы в регуляции функций организма. 7. Строение и физиологические особенности метасимпатического отдела вегетативной нервной системы. 86 Занятие 11. Функции сердца Теоретические вопросы 1. Функции кровообращения. Большой и малый круги кровообращения. 2. Анатомо-физиологические особенности сердечной мышцы. 3. Проводящая система сердца. Современные представления о субстрате и механизмах автоматии сердца. 4. Распространение возбуждения по сердцу, атриовентрикулярная задержка. Особенности возбудимости сердечной мышцы. Экстрасистола. 5. Гемодинамическая функция сердца. Фазы кардиоцикла. 6. Динамика давления, объема крови в полостях сердца и положения клапанов в различные фазы сердечного цикла. 7. Основные показатели гемодинамики. Систолический и минутный объем крови, методы их определения. Практические работы Работа 11.1. Графическая регистрация сокращений сердца лягушки Сердце лягушки является традиционным объектом исследований основных свойств и особенностей сердца. Сердце лягушки имеет трехкамерное строение и состоит из венозного синуса, правого и левого предсердий и одного желудочка. При визуальном наблюдении за автоматическим сокращением сердца обездвиженной лягушки хорошо видны сокращения предсердий, желудочка и общая пауза сердца. Цель работы. Освоить методику регистрации сердечной деятельности лягушки, научиться выделять фазы сердечного цикла. Оснащение: препаровальный набор, лупа, тарелка, препаровальный столик, сердечный зажим (серфин), регистрирующий рычажок, укрепленный на универсальном штативе, кимограф, нитки, 0,6% 87 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ водный раствор хлорида натрия, пипетка, вата, бинт, бумага для записи кимограммы, канцелярские булавки, чернила. Эксперимент выполняют на лягушке. Содержание работы Собирают установку для регистрации сокращений сердца лягушки (рис. 1). Лягушку наркотизируют эфиром и обездвиживают ее. Тело лягушки фиксируют на препаровальном столике брюшком вверх. Приподнимают пинцетом нижний свободный край грудины, надрезают под ним кожу и делают круговой разрез с двух сторон грудины. Захватив край грудины пинцетом, перерезают ключицы слева и справа и удаляют вырезанную часть грудной клетки. При этом брюшную полость не вскрывают, стараясь не обнажить внутренние органы брюшной полости. Рис. 1. Установка для регистрации сокращений сердца лягушки: 1 — препаровальный столик; 2 — серфин, фиксирующий сердце к рычажку; 3 — рычажок Энгельмана; 4 — барабан кимографа Тонким пинцетом приподнимают перикард, который представлен у лягушки тонкой прозрачной серозной оболочной. Надрезая ножницами перикард, освобождают от него сердце. Затем наблюдают последовательность сокращений различных отделов сердца. Препаровальный столик вместе с лягушкой закрепляют в универсальном штативе под регистрирующим рычажком. На верхушку сердца накладывают серфин с привязанной к нему ниткой, которую фиксируют на регистрирующем рычажке Энгельмана с помощью пластилина. При необходимости вес пера с чернилами уравновеши- 88 Занятие 11. Функции сердца вают на другом конце регистрирующего рычажка дополнительной порцией пластилина. Перо пишущего рычажка придвигают к бумажному листу, укрепленному булавками на окружности барабана кимографа. Запускают часовой механизм кимографа. Регистрацию сокращений сердца производят при средней или большой скорости движения барабана кимографа. Сопоставляют движения рычажка с фазами сокращения сердца. При систоле происходит поднятие, при диастоле — опускание рычажка Энгельмана. На кардиограмме видны маленькие и большие волны. Малые волны отражают систолу предсердий, а большие — систолу желудочков (рис. 2). Рис. 2. Сокращения сердца лягушки, записанные при малой (А) и большой (Б) скорости вращения барабана: 1 — систола предсердий; 2 — систола желудочков; 3 — диастола желудочка; 4 — пресистолический период Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Вклеить полученную кимограмму в тетрадь и сделать на ней соответствующие обозначения. 3. Сделать вывод, указав, из каких фаз состоит сердечный цикл. Работа 11.2. Автоматизм сердца лягушки. Опыт с лигатурами Станниуса Ритмическая деятельность сердца обусловлена наличием в области венозного синуса у лягушки и ушка правого предсердия в месте впадения полых вен у человека основного центра автоматизма — синусного узла. От него по проводящим волокнам предсердий возбуждение достигает атриовентрикулярного узла, где происходит некоторая задержка проведения возбуждения, необходимая для согласованной работы желудочков и предсердий. Затем возбуждение по проводящим кардиомиоцитам пучка Гиса, его ветвям и волокнам Пуркинье распространяется на сократительные кардиомиоциты обоих желудочков, вызывая их синхронное сокращение. 89 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ В норме водителем ритма сердца является синусный узел. При нарушении автоматизма этого узла ритмические сокращения сердца могут продолжаться благодаря импульсам, возникающим в атриовентрикулярном узле, однако частота и сила сокращений будут примерно вдвое меньше. Остальные отделы проводящей системы миокарда также способны к автоматизму. Убывание способности автоматизма от основания сердца к его верхушке носит название градиента автоматизма. Цель работы. Изучить степень автоматизма различных отделов сердца. Оснащение: то же, что для работы 11.1. Содержание работы Препарируют лягушку для графической регистрации сердечных сокращений. Записывают исходную кардиограмму. Вначале необходимо подсчитать частоту сердечных сокращений (ЧСС) в 1 мин. Затем приступают к наложению на сердце лигатур. Для наложения первой, изолирующей лигатуры нитку длиной 7–10 см подводят под обе дуги аорты и делают петлю вниз вокруг синуса полых вен так, чтобы она прошла по беловатой линии, отделяющей синус от предсердий. Хорошо затягивают петлю, чтобы нарушить проведение возбуждения от синусного узла. Если перевязка сделана удачно, то наступает остановка сердца. Иногда через некоторое время после остановки сердце вновь начинает сокращаться, но в более медленном ритме вследствие проявления собственного автоматизма атриовентрикулярного узла, который в норме был подавлен автоматизмом синусного узла. Если после наложения первой лигатуры сокращения не восстанавливаются самостоятельно, то накладывают вторую, раздражающую лигатуру по предсердно-желудочковой борозде, не затягивая петлю. Механически раздражая атриовентрикулярное соединение, лигатура ускоряет проявление его автоматизма. После наложения второй лигатуры вновь записывают кардиограмму и подсчитывают частоту сокращений работающих отделов сердца. Обычно частота сокращений после отключения синусного узла и наложения второй лигатуры в два раза меньше исходной (рис. 3). В завершение опыта накладывают третью лигатуру на верхушку сердца. 90 Занятие 11. Функции сердца Рис. 3. Опыт Станниуса. А — наложение лигатур: 1 — первая (изолирующая); 2 — вторая (раздражающая); 3 — синусно-предсердный узел; 4 — предсердно-желудочковый узел. Б — кардиограмма лягушки: I — исходная; II — после наложения первой лигатуры; III — после наложения второй лигатуры Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Зарисовать схему проводящей системы сердца, проставив на ней соответствующие обозначения. 3. Зарисовать схему наложения лигатур. 4. Вклеить полученные кардиограммы, сделать соответствующие обозначения. 5. Сделать вывод, в котором: а) указать локализацию водителя ритма сердечной деятельности; б) объяснить природу автоматизма и значение градиента автоматизма сердца. Работа 11.3. Возбудимость сердечной мышцы лягушки в различные периоды сердечного цикла Важной особенностью сердечной мышцы является наличие длительного периода абсолютной рефрактерности (0,27 с), занимающе- 91 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ го почти все время систолы желудочков (0,33 с) (рис. 4). Длительная рефрактерность сердечной мышцы обеспечивает прерывистый характер возникновения возбуждения, а следовательно, и сокращения в ответ на непрерывное раздражение. Большая продолжительность рефрактерного периода делает невозможным возникновение тетануса в сердечной мышце и гарантирует режим одиночных ритмических сокращений. Сердечная мышца может ответить внеочередным сокращением — экстрасистолой лишь на то раздражение, которое возникает во время диастолы, то есть после окончания рефрактерного периода. Рис. 4. Соотношение механических (А), электрических (Б), функциональных (В) и электрокардиографических (Г) процессов в миокарде: 1 — быстрая деполяризация; 2 — начальная быстрая реполяризация; 3 — медленная реполяризация (фаза плато); 4 — конечная быстрая реполяризация; 5 — следовый потенциал 92 Занятие 11. Функции сердца Цель работы. Изучить изменение возбудимости сердечной мышцы во время одиночного сердечного цикла. Оснащение: то же, что для работы 11.1. Содержание работы Обычным способом подготавливают сердце лягушки для записи кардиограммы. Подводят электроды от стимулятора под основание желудочка сердца. Налаживают запись кардиограммы сердца. Подбирают оптимальное напряжение тока, на которое сердце отвечает сокращением. Для выяснения динамики возбудимости сердечной мышцы раздражают сердце током одинаковой силы в различные фазы сердечного цикла. Наблюдая за кардиограммой, убеждаются в том, что на одиночное раздражение, нанесенное во время систолы, сердце не реагирует, а на раздражение, нанесенное во время диастолы, сердце отвечает экстрасистолой, за которой следует удлиненная компенсаторная пауза. Компенсаторная пауза возникает после желудочковой экстрасистолы в связи с тем, что очередное возбуждение из синусного узла попадает в период рефрактерности внеочередного возбуждения сердца и не проводится по сердцу. После получения 2–3 желудочковых экстрасистол (рис. 5) электроды с основания желудочка переносят на предсердия. При нанесении раздражений на предсердия экстрасистолы возникают без последующей компенсаторной паузы. Последующая систола сердца возникает через обычный, как и после естественного возбуждения, интервал (рис. 6). Рис. 5. Желудочковые экстрасистолы (1) и компенсаторные паузы (2) на кардиограмме Рис. 6. Предсердная экстрасистола отмечена стрелкой на кардиограмме 93 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Нарисовать график, показывающий соотношение процессов возбуждения и сокращения в сердце. Нарисовать график изменения возбудимости миокарда (рис. 4). 3. Вклеить полученные кардиограммы и обозначить на них предсердные и желудочковые экстрасистолы, а также компенсаторные паузы в соответствии с рис. 5 и 6. 4. Сделать вывод, в котором объяснить значение длительной рефрактерной фазы для функций сердца. Объяснить механизм удлиненной паузы после желудочковой экстрасистолы. Объяснить отсутствие компенсаторной паузы после предсердной экстрасистолы. 94 Занятие 12. Регуляция функций сердца Теоретические вопросы 1. Классификация механизмов регуляции сердечной деятельности. 2. Закон Франка—Старлинга, его следствия и функциональное значение. 3. Понятие о внутрисердечных механизмах регуляции, их функциональное значение. Внутрисердечные ганглии. Интракардиальные рефлексы. 4. Иннервация сердца, характеристика симпатических и парасимпатических влияний на деятельность сердца. 5. Рефлекторная регуляция деятельности сердца. Классификация сердечных рефлексов. Их значение для клиники. 6. Особенности гуморальной регуляции сердечной деятельности, влияние гормонов, нейротрансмиттеров, метаболитов, электролитов, значение для клиники. Практические работы Работа 12.1. Влияние раздражения вагосимпатического ствола на деятельность сердца лягушки Несмотря на то что периодическая деятельность сердца обусловлена автоматизмом сердца, его работа находится под постоянным влиянием экстракардиальных (внесердечные) факторов. Одним из них является тонус вегетативной нервной системы и ее симпатического и парасимпатического отделов. Раздражение симпатических и блуждающих нервов приводит к изменению воз- 95 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ будимости (батмотропный эффект), проводимости (дромотропный эффект), частоты сердечных сокращений (хронотропный эффект), амплитуды сокращений (инотропный эффект) и изменению тонуса мышечных волокон (тонотропный эффект). Симпатические и блуждающие нервы оказывают на сердце противоположное влияние. Симпатические нервы вызывают положительные эффекты: учащают и усиливают сердечные сокращения, повышают возбудимость и тонус миокарда, улучшают проводимость. Блуждающие нервы вызывают аналогичные отрицательные эффекты. В связи с тем, что у лягушки эфферентные части блуждающих и симпатических нервов идут в составе одного нервного ствола, раздражение вагосимпатического ствола приводит к сложным эффектам. Цель работы. Понять физиологическое значение и механизм нервной регуляции работы сердца. Оснащение: то же, что для работы 11.1. Содержание работы Обездвиживают лягушку. Широко вскрывают грудобрюшную полость до переднего угла челюсти. Отодвигают в сторону и вниз передние лапки и в таком положении фиксируют лягушку булавками на препаровальном столике. Ориентиром для нахождения вагосимпатического ствола служат два хорошо заметных нерва, идущих от средней линии нижней челюсти: верхний — языкоглоточный, образующий сверху петлю, и нижний — подъязычный, пересекающий поперек сосудисто-нервный пучок. Вместе с вагосимпатическим стволом они образуют треугольник, в основании которого, в глубине, лежит сосудистонервный пучок. Он состоит из хорошо видимой темно-красной яремной вены, кожно-легочной артерии и расположенных по обе стороны плохо различимых тонких нервов: гортанного и вагосимпатического. Вагосимпатический ствол с помощью стеклянного крючка берут на лигатуру. Для того чтобы не порвать этот ствол и во избежание его высыхания, ствол захватывают вместе с сосудами и подлежащей мышцей. Поднимая за нитку сосудисто-нервный пучок, осторожно подводят под него электроды. 96 Занятие 12. Регуляция функций сердца Препаровальный столик с лягушкой укрепляют на универсальном штативе. Верхушку сердца захватывают серфином. Нитку серфина прикрепляют к пишущему рычажку. Записывают исходную кардиограмму. Затем включают стимулятор и подают слабое ритмическое раздражение (10 Гц, 1–2 В), вызывающее временное уменьшение силы и частоты сердечных сокращений. Потом раздражение прекращают и продолжают регистрацию сердечной деятельности до ее восстановления. Затем увеличивают напряжение тока до нескольких вольт, которое приводит к остановке сердца (рис. 1). После выключения раздражения продолжают регистрировать кардиограмму. Рис. 1. Влияние раздражения вагосимпатического ствола на сокращения сердца лягушки при сильном раздражении. Стрелками отмечены начало и конец раздражения вагосимпатического ствола (vs) Эксперимент повторяют несколько раз. Каждый раз при достаточной силе раздражения остановка сердца происходит в стадии диастолы. После прекращения раздражения вагосимпатического ствола сердце восстанавливает свою деятельность, причем некоторое время сокращается даже чаще и сильнее, что называется симпатическим последействием. Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Вклеить кардиограммы, полученные при раздражении вагосимпатического ствола лягушки. Отметить на них стрелкой начало эффекта “ускользания” сердца из-под действия блуждающего нерва. 3. В выводе объяснить причину преобладания при раздражении вагосимпатического ствола сначала эффекта возбуждения блуждающего нерва, а после прекращения раздражения — симпатического. Объяснить феномен “ускользания” сердца из-под действия блуждающего нерва на фоне продолжающегося раздражения вагосимпатического ствола. 97 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Работа 12.2. Влияние холинолитика атропина на эффект стимуляции вагосимпатического ствола лягушки Передача возбуждения в синапсах вегетативной нервной системы осуществляется с помощью медиаторов, имеющих различную химическую природу. В постганглионарных окончаниях симпатических нервов медиатором является норадреналин. В окончаниях парасимпатических нервов медиатором является ацетилхолин. В вегетативных ганглиях, как симпатической, так и парасимпатической нервной системы единственным медиатором является ацетилхолин. Как известно, ацетилхолин взаимодействует с холино-, а адреналин — с адренорецепторами постсинаптических мембран. Холинорецепторы делятся на мускарино- (М-) и никотино- (Н-) чувствительные, а адренорецепторы — на α-, β1- и β2-адренорецепторы. В сердечной мышце имеются только М-холино- и β1-адренорецепторы. Медиаторы, выделяющиеся в окончаниях вагосимпатического ствола, взаимодействуют именно с ними, вызывая соответствующие физиологические эффекты. Рис. 2. Блокада тормозящего действия блуждающих нервов холинолитиком атропином: а — вагусное торможение сердечных сокращений до аппликации атропина; б — кимограмма через 10 с после аппликации атропина; в — кимограмма через 30 с после аппликации атропина. Стрелками отмечены начало и конец раздражения вагосимпатического ствола 98 Занятие 12. Регуляция функций сердца Фармакологическая блокада М-холинорецепторов холинолитическим веществом атропином блокирует передачу возбуждения на уровне интрамуральных парасимпатических ганглиев и прекращает, таким образом, тормозящее действие парасимпатических (блуждающих) нервов на сердце. Напротив, “растормаживается” влияние симпатических нервов, что проявляется положительными сердечными эффектами — усилением и учащением сердечной деятельности. Цель работы. Выяснить роль химического механизма передачи нервных влияний на сердце. Оснащение: то же, что для работы 11.1, а также раствор атропина сульфата 0,1%. Содержание работы Работа является продолжением предыдущего эксперимента и проводится на том же животном. После получения тормозного эффекта от раздражения вагосимпатического ствола наносят на сердце пипеткой 1–2 капли 0,1% раствора сульфата атропина. Через 2–3 мин записывают кардиограмму и вновь раздражают вагосимпатический ствол. Раздражение вагосимпатического ствола после нанесения атропина не вызывает остановку сердца. При этом регистрируется учащение и увеличение амплитуды сердечных сокращений. Это означает, что имеются положительные хроно- и инотропные эффекты изменения работы сердца (рис. 2). Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Вклеить кимограмму. Подсчитать по ней частоту сокращений сердца до и после нанесения атропина. 3. В выводе объяснить: а) механизм “ускоряющего” действия атропина на сердце; б) отсутствие фазы “вагусного” торможения. Работа 12.3. Экстракардиальная (рефлекторная) регуляция деятельности сердца лягушки Экстракардиальная нервная регуляция работы сердца имеет рефлекторную природу. Значительную роль в этом играют влияния с рефлексогенных зон (рецептивных полей) кровеносных со- 99 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ судов: дуги аорты, сонного синуса, верхней полой вены и правого предсердия. Кроме того, рефлекторные изменения работы сердца возникают при стимуляции механорецепторов, расположенных в желудке, кишечнике, брыжейке. Поэтому раздражение этих органов (механическое растяжение, поколачивание и др.) способно оказывать как возбуждающее, так и тормозящее влияние на сердечную деятельность. Торможение работы сердца наблюдается, в частности, в опыте, получившем название “рефлекс Гольтца”. Возбуждение от рецепторов брыжейки при ее раздражении по центростремительным волокнам в составе чревного нерва достигает спинного мозга, а затем поднимается в продолговатый мозг. Здесь, в области ядер блуждающих нервов, происходит замыкание рефлекторной дуги, и возбуждение по центробежным волокнам блуждающих нервов направляется к сердцу, вызывая торможение его работы. Цель работы. Выяснить наиболее значимые рефлекторные влияния на сердечную мышцу и их механизмы. Оснащение: то же, что для работы 11.1. Эксперимент проводят на декапитированной лягушке с сохраненным продолговатым и спинным мозгом. Содержание работы Обычным способом подготавливают сердце лягушки для записи кардиограммы. Записывают исходную кардиограмму и подсчитывают частоту сердечных сокращений (ЧСС) в 1 мин. Не прекращая записи, ручкой пинцета наносят легкие удары по брюшку лягушки. Подсчитывают количество сокращений за 15 с и вычисляют ЧСС за 1 мин. Отмечают реакцию урежения ЧСС вплоть до остановки сердца (рис. 3). Рис. 3. Экстракардиальный (брюшиносердечный) рефлекс Гольтца. Стрелкой отмечен момент раздражения брюшины 100 Занятие 12. Регуляция функций сердца Разрезают мышцы живота параллельно брюшной вене, стараясь не повредить ее. Находят желудок. Потягивают или сдавливают его пинцетом. Отмечают изменение сердечной деятельности и подсчитывают ЧСС. Находят петли тонкой кишки, мочевой пузырь и с промежутками 2–3 мин производят их механическое раздражение. Отмечают время наступления остановки сердца или замедления ритма. После восстановления сердечной деятельности разрушают продолговатый мозг и спинной мозг и повторяют опыт с механическим раздражением желудка, тонкой кишки, мочевого пузыря. Записывают кимограмму и отмечают отсутствие торможения деятельности сердца. Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Нарисовать схему дуги вегетативного рефлекса (рецептор брюшной полости — спинной мозг — продолговатый мозг — сердце). Вклеить кимограммы и сделать на них обозначения в соответствии с рис. 3. 3. В выводе объяснить: а) причину рефлекторного торможения сердечной деятельности при раздражении рецепторов органов брюшной полости; б) отсутствие изменений при разрушении продолговатого и спинного мозга. Работа 12.4. Гуморальная регуляция деятельности сердца лягушки Большинство компонентов плазмы крови, в том числе гормоны, электролиты (Nа+, К+, Са2+, Н+, НСО3- и др.), другие биологически активные вещества влияют на работу сердца наиболее древним в эволюционном плане — гуморальным способом. Положительное действие на сердце оказывают гормоны — адреналин (гормон мозгового вещества надпочечников), глюкагон (гормон поджелудочной железы), кортикостероиды (гормоны коркового вещества надпочечников), тироксин, трийодтиронин (гормоны щитовидной железы), а также тканевые гормоны кинины, простагландины и другие биологически активные вещества. 101 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Ионы натрия необходимы для нормальной сократительной функции миокарда. При уменьшении их внутриклеточной концентрации уменьшается и выделение ионов кальция из цистерн эндоплазматической сети и межклеточной жидкости. Ионы кальция необходимы для электромеханического сопряжения. Под влиянием возбуждения они выходят из эндоплазматической сети и соединяются с регуляторным кальцийреактивным белком тропонином, что обеспечивает образование актомиозинового комплекса и сокращение мышцы. Поэтому повышение концентрации кальция в крови вызывает увеличение силы и частоты сердечных сокращений. Избыток калия приводит к ослаблению сердечной деятельности вплоть до остановки сердца в стадии диастолы. Избыток калия в среде, окружающей клетку, вызывает уменьшение или даже исчезновение концентрационного градиента калия между внутренней и наружной сторонами клеточных мембран. Это приводит к уменьшению или прекращению калиевого оттока из клетки и уменьшению величины мембранного потенциала и возбудимости вплоть до полной рефрактерности. Особенно чувствительны к повышенному содержанию ионов калия пейсмекерные клетки синусного узла. Деятельность сердца угнетают также ионы водорода, избыток которых образуется во всех случаях, связанных с кислородным голоданием (гипоксией) миокарда. Цель работы. Исследовать основные принципы и механизмы гуморальной регуляции работы сердца. Оснащение: препаровальный набор, серфин, 1% раствор хлорида калия (можно использовать официнальный раствор панангина), 1% раствор хлорида кальция, раствор ацетилхолина 1:10 000, раствор адреналина 1:1000. Эксперимент выполняют на лягушке. Содержание работы Лягушку наркотизируют эфиром и обездвиживают. Обнажают сердце и записывают исходную кардиограмму. Затем последовательно наносят на сердце раздельными пипетками по 1–2 капли растворов: хлорида кальция, хлорида калия (панангин), раствора ацетилхолина и раствора адреналина (рис. 4). Перед сменой вещества необходимо хорошо промывать сердце физиологическим раствором. 102 Занятие 12. Регуляция функций сердца Рис. 4. Влияние медиаторов, электролитов и гормонов на деятельность сердца лягушки Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Вклейте кимограммы и сделайте на них обозначения в соответствии с рис. 4. Стрелками обозначьте моменты нанесения веществ. 3. Объясните механизм действия каждого из применяемых веществ. Работа 12.5. Исследование кардиальной реактивности с регистрацией кардиоинтервалограммы при ортостатической пробе Важным аспектом в оценке кардиальной симпато-парасимпатической реактивности является проведение нагрузочных тестов с регистрацией и анализом кардиоритмограмм. Кардиоинтервалограмма — это графическое изображение динамики длительности кардиоциклов. Для получения кардиоинтервалограммы регистрируют электрокардиограмму (ЭКГ). На ЭКГ измеряют в мм длительность последовательных кардиоциклов между вершинами зубцов RR. Зная скорость движения ленты ЭКГ, рассчитывают длительность кардиоциклов в секундах. Вычерчивают 103 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ графическое изображение зависимости длительности кардиоциклов (по оси ординат) от времени (по оси абсцисс) (рис. 5). Рис. 5. Пример построения кардиоинтервалограммы По кардиоинтервалограмме определяют минимальную и максимальную длительность кардиоциклов и их регулярность. Ортостатическую пробу применяют при необходимости: а) оценки реактивности деятельности сердца за счет изменения тонуса симпатического и парасимпатического отделов ВНС; б) дифференциальной диагностики обморочных состояний; в) исследования толерантности к резким изменениям положения тела в связи с условиями профессиональной деятельности (работа в условиях пониженного барометрического давления, невесомости, гиподинамии и т. д.); г) дифференциальной диагностики нейроциркуляторных расстройств кровообращения. Физиологические изменения при проведении ортостатической пробы связаны с перераспределением крови в организме. При переходе из горизонтального положения в вертикальное уменьшается поступление крови к правым отделам сердца; при этом центральный объем крови снижается приблизительно на 20%, минутный объем — на 1,0–2,7 л/мин. Как следствие снижается артериальное давление, что является мощным раздражителем для механорецепторов различных барорефлекторных зон. При этом в течение первых 15 сердечных сокращений происходит увеличение ЧСС, обусловленное понижением тонуса блуждающих нервов. В течение 25–35 сердечных сокращений тонус блуждающих нервов восстанавливается и становится максимальным. При этом регистрируется уменьшение ЧСС. Спустя 1–2 мин после перехода в ортостатическое положение происходит выброс катехоламинов и повышается тонус симпатического отдела вегетативной нервной системы, что обусловливает уча- 104 Занятие 12. Регуляция функций сердца щение ЧСС и увеличение периферического сопротивления, и лишь затем включается ренин-ангиотензин-альдостероновый механизм, также приводящий к повышению кровяного давления. Цель работы. Научиться определять вегетативную реактивность по показателям сердечной деятельности. Оснащение: электрокардиограф, секундомер. Исследование проводят на человеке. Содержание работы После предварительного инструктажа обследуемый студент проводит 5–10 мин в горизонтальном положении с приподнятой головой. Затем по команде он быстро, без задержек принимает вертикальное положение и стоит спокойно в течение 2–3 мин. Регистрация ЭКГ проводится последние 10 с в положении лежа и не прерываясь 30–40 с после вставания. Техническая особенность проведения пробы заключается в том, что во время вставания с кушетки регистрируемый ЭКГ-сигнал может “зашкалить”, и на ЭКГ появятся множественные артефакты. Чтобы избежать этого, можно все четыре электрода закрепить попарно на руках пациента и регистрировать в этом случае 1-е отведение ЭКГ. Последовательно измеряют длительность первых после вставания 30 кардиоинтервалов, переводят их значения в секундах (при скорости лентопротяжки 50 мм/c длительность кардиоцикла в мм умножить на 0,02 с) и строят кардиоритмограмму. Рассчитывают значение коэффициента К30-15: К30-15 = RR30/RR15, где RR30 — длительность 30-го кардиоцикла от момента вставания, RR15 — длительность 15-го кардиоцикла. Нормальным считается значение К30-15 > 1,35. Значения в диапазоне 1,35–1,2 — пограничные, значения К30-15 < 1,2 отражают снижение парасимпатической реактивности. Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Зарисовать кардиоинтервалограмму и рассчитать по ней значение коэффициента К30-15. 105 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ 3. Сделать вывод об уровне кардиальной реактивности обследуемого при ортостатической пробе и, в случае ее нарушения, о возможных физиологических механизмах снижения или повышения реактивности ВНС. Работа 12.6. Исследование динамики длительности кардиоциклов при дыхании Цель работы. Изучить характер реакции на стимуляцию парасимпатического отдела вегетативной системы. Оснащение: электрокардиограф, секундомер. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Существуют различные методы проведения дыхательной пробы, но наибольшее распространение получила методика, предложенная Иенсеном. Обследуемый студент сидит спокойно, и у него проводится фоновая запись ЭКГ в течение 20 с. Затем он дышит глубоко и регулярно с частотой шесть раз в минуту (5 секунд вдох и 5 секунд выдох). Запись ЭКГ проводится в течение 30 с. Известно, что при частоте дыхания 6 раз/мин в наибольшей степени стимулируется блуждающий нерв, поэтому проба используется для оценки реактивности парасимпатического отдела вегетативной нервной системы. Не следует требовать слишком больших усилий от обследуемого, поскольку это может привести к активации не парасимпатического, а симпатического отдела вегетативной системы. ЭКГ регистрируют на протяжении всей пробы. Рассчитывают значения кардиоциклов по всей записи и строят кардиоритмограмму. Оценивают разницу между максимальной и минимальной длительностями кардиоциклов во время дыхательного цикла и экспираторно-инспираторное отношение или дыхательный коэффициент (КRR = RR max/RR min). При КRR > 1,21 кардиальная парасимпатическая реактивность считается нормальной, при КRR = 1,11 — 1,20 имеется тенденция к снижению кардиальной реактивности, при КRR < 1,10 кардиальная реактивность сниженная. 106 Занятие 12. Регуляция функций сердца Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Зарисовать кардиоинтервалограмму и рассчитать по ней значение дыхательного коэффициента. 3. Сделать вывод об уровне кардиальной парасимпатической реактивности обследуемого в дыхательном тесте и, в случае ее нарушения, о возможных физиологических механизмах снижения или повышения реактивности ВНС. 107 Занятие 13. Методы исследования функций сердца у человека Теоретические вопросы 1. Характеристика и классификация методов исследования основных свойств и деятельности сердечной мышцы. 2. Электрокардиография, ее природа. Теории, объяснение генеза отдельных элементов ЭКГ. 3. Происхождение компонентов ЭКГ, их характеристики и интерпретация. 4. Методика регистрации и анализа ЭКГ. Электрокардиографические отведения. Клиническое значение метода электрокардиографии. 5. Векторкардиография (ВЭКГ). Принцип регистрации, клиническое значение. 6. Тоны сердца, методы их изучения и регистрации. Фонокардиография. 7. Поликардиография: возможности метода. Исследование длительности фаз и периодов сердечного цикла. 8. Эхокардиография. Принцип метода. Клиническое значение. Регистрируемые параметры и их значение. 9. Реографические методы анализа сердечной деятельности. Принцип методов, клинико-физиологическое значение. Практические работы Работа 13.1. Регистрация и анализ электрокардиограммы Электрокардиография — метод исследования сердца, основанный на регистрации и анализе разности напряженности электро- 108 Занятие 13. Методы исследования функций сердца у человека магнитного поля между участками поверхности тела человека при проведении возбуждения в сердце. Регистрируемая электрокардиограмма (ЭКГ) — это периодически повторяющаяся кривая, отражающая во времени появление, проведение и исчезновение возбуждения в сердце (рис. 1). Рис. 1. Электрокардиограмма здорового человека (ІІ стандартное отведение) То, что возбуждение предсердий, атриовентрикулярного узла и желудочков соответствуют определенным элементам ЭКГ, дает возможность использовать электрокардиографию для анализа ритма сердца и диагностики его нарушений, оценки различного рода нарушений и повреждений миокарда (включая проводящую систему сердца). Цель работы. Научиться регистрировать и проводить первичный анализ ЭКГ. 109 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Оснащение: электрокардиограф, электродная лента, электродная паста или 10% раствор хлорида натрия и марля. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Перед регистрацией ЭКГ обследуемый студент 5–8 мин находится в состоянии покоя (желательно — лежа на кушетке). Проверяют заземление электрокардиографа и включают его в электрическую сеть. Электрокардиографические электроды смазывают пастой или помещают под электроды марлевые прокладки, смоченные гипертоническим раствором хлорида натрия. Накладывают электроды с помощью резиновых лент на предплечья и голени. Кабели с разноцветными штекерами подключают к электродам. Красный штекер прикрепляют к электроду на правой руке, желтый — к электроду на левой руке, зеленый — к электроду на левой ноге, черный (заземление) — к электроду на правой ноге. Для стандартизации записи ЭКГ производят калибровку прибора. Ручкой усиления отрегулировать величину усиления сигнала таким образом, чтобы при включении калибровочного сигнала 1мВ амплитуда калибровочного сигнала составляла 10 мм. Включив движение диаграммной ленты со скоростью 50 или 25 мм/с, записывают ЭКГ последовательно в 6 отведениях (трех стандартных — I, II, III и трех усиленных), меняя положения переключателя отведений. Отключают электрокардиограф и снимают с обследуемого электроды. Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Зарисовать схему стандартных и усиленных отведений (рис. 2). 3. Вклеить полученную ЭКГ в тетрадь. Провести анализ ЭКГ по следующей схеме. Выяснить источник ритма (синусовый ритм или из нижележащих очагов автоматии) и его регулярность. Определить частоту сердечных сокращений, для чего разделить 60 (число секунд в минуте) на длительность сердечного цикла или интервала R–R (в секундах). Если длительность сердечных циклов изменяется, укажите 2 значения ЧСС — минимальное и максимальное. Для быстрого определения ЧСС по длительности интервала R–R используйте таблицу 1. 110 Занятие 13. Методы исследования функций сердца у человека Рис. 2. Схема наложения на тело человека электродов при основных отведениях ЭКГ: а — стандартные (двухполюсные) отведения от конечностей (по Эйнтховену); б — усиленные (однополюсные) отведения от конечностей (по Гольдбергеру); в — грудные (однополюсные) отведения (по Вильсону) Таблица 1 Определение частоты сердечных сокращений в 1 мин и длительности интервала Q–Т по продолжительности интервала R–R в секундах R–R ЧСС 1,30 1,20 1,10 1,05 46 50 54 57 Длительность Q–Т 0,43 0,41 0,39 0,39 R–R ЧСС 0,70 0,65 0,62 0,60 86 92 97 100 Длительность Q–Т 0,32 0,31 0,30 0,29 111 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ R–R ЧСС 1,00 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 60 63 66 70 75 80 Длительность Q–Т 0,38 0,37 0,36 0,35 0,34 0,33 R–R ЧСС 0,55 0,50 0,48 0,45 0,40 0,35 0,33 109 120 125 133 150 171 182 Длительность Q–Т 0,28 0,27 0,26 0,25 0,24 0,22 0,21 Определить электрическую ось сердца (ЭОС), которая представляет основное направление ЭДС сердца. Направление ЭОС не совпадает полностью с анатомической, но мало отклоняется от нее. Определяют ЭОС во фронтальной плоскости. Положение ЭОС определяется углом D, для чего используют специальную диаграмму (рис. 3). С помощью диаграммы вычислите угол D на основании измерения амплитуды зубцов R и S в І и III отведениях и вычисления амплитуд комплекса QRS по их алгебраической сумме. Амплитуду комплекса QRSI (в I отведении) отложите на диаграмме по горизонтали, а QRSIII (в I отведении) — по вертикали. Место пересечения перпендикуляров двух отложенных на диаграмме значений указывает направление ЭОС под углом D. Например, RI = 10 мм, SI = 2 мм, RIII = 12 мм, SIII = 2 мм. Отсюда QRSI = 10 + (-2) = 8 мм, QRSIII = 12 + (-2) = 10 мм. Откладываем 10 мм на положительной стороне III отведения и 8 мм на положительной стороне I отведения. Место пересечения перпендикуляров через полученные точки и есть вершина вектора ЭОС. Угол D = 60°. Нормальным положением ЭОС принято считать пределы угла D от +30° до +69°, горизонтальным — от +29° до 0°, отклонением влево — от 0° до 90°. Расположение ЭОС от +70° до +90° считают вертикальным, а при расположении ЭОС от +90° до +120° говорят об отклонении ЭОС вправо. Выраженные отклонения ЭОC от нормы наблюдаются при гипертрофии миокарда, при блокадах ветвей пучка Гиса, при необычном положении сердца в грудной клетке. Затем необходимо определить длительность интервалов Р–Q, Q–Т и комплекса QRS во втором отведении, где они, как правило, имеют небольшую величину. 112 Занятие 13. Методы исследования функций сердца у человека Таблица определения положения электрической оси сердца (по Дьеду) Рис. 3. Диаграмма для определения электрической оси сердца Удлинение интервала Р–Q отражает замедление атриовентрикулярной проводимости, его укорочение может быть связано с наличием дополнительных путей проведения возбуждения, с нарушением иннервации сердца. Укорочение интервала Q–Т меньше должной нормы для данной ЧСС (табл. 1) может быть при гиперкальциемии. Удлинение его наблюдаются при гипертрофиях, миокардитах, гипокальциемии. Далее провести оценку отдельным зубцам и интервалам в различных отведениях: зубцу Р (форма, продолжительность, вольтаж), комплексу QRS, сегменту ST (форма, положение по отношению к изолинии). Смещение сегмента ST выше изолинии указывает на 113 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ острую ишемию миокарда, горизонтальное смещение вниз является признаком коронарной недостаточности, нисходящее смещение вниз наблюдается при гипертрофиях, гипокалиемиях. 4. Сделать общее заключение по анализу ЭКГ, где отметить источник ритма, оценить функцию возбудимости и проводимости миокарда. Работа 13.2. Регистрация и анализ фонокардиограммы Фонокардиография — метод объективной регистрации звуковых проявлений работы сердца (тонов и шумов). Звуковые колебания, возникающие при деятельности сердца, регистрируются в виде кривой фонокардиограммы (ФКГ). Фонокардиография является существенным дополнением к аускультации сердца. Регистрируется ФКГ с помощью фонокардиографа, состоящего из микрофона, усилителя, системы частотных фильтров и регистрирующего устройства. Микрофон воспринимает звуковые колебания и преобразует их в электрические сигналы, которые усиливаются и подаются через систему частотных фильтров на регистрирующее устройство прибора. Одновременно с ФКГ, как правило, записывается ЭКГ во II стандартном отведении для расчета отдельных компонентов сердечного цикла. Цель работы. Научиться регистрировать и проводить первичный анализ фонокардиограммы. Оснащение: фонокардиограф (или фонокардиографическая приставка к многоканальному кардиографу), электродная паста. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Обследуемый студент находится в положении лежа или сидя после 5–10 мин отдыха. На конечности накладывают ЭКГ-электроды и фонокардиографический микрофон на грудную клетку в области сердца с помощью резиновой ленты. Производят калибровку кардиографа (при сигнале 1 мВ отклонение пера регистратора должно равняться 10 мм). Записывают ЭКГ и ФКГ при скорости движения ленты прибора 50 мм/с на различных частотах и с разных точек проекции клапанов сердца на грудную клетку, перемещая микрофон на грудной клетке. 114 Занятие 13. Методы исследования функций сердца у человека 1-я точка (проекция митрального клапана) находится в области верхушечного толчка сердца. 2-я точка (проекция трехстворчатого клапана) находится на основании мечевидного отростка грудины. 3-я точка (проекция клапана легочного ствола) находится во втором межреберье слева от грудины. 4-я точка (проекция аортального клапана) находится во втором межреберье справа от грудины. 5-я точка Боткина—Эрба (аортальный клапан) находится слева от грудины в месте прикрепления 3–4-го ребер. На ФКГ всегда регистрируются 1-й и 2-й тоны, и у некоторых людей — 3-й и 4-й тоны. Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Записи ФКГ и ЭКГ с различных областей сердца вклеить в тетрадь. 3. Проанализировать ФКГ: 1) разметить зубцы на ЭКГ и тоны на ФКГ; 2) рассчитать длительность тонов ФКГ, соответствие их зубцам ЭКГ; 3) сопоставить амплитуды 1-го и 2-го тонов на верхушке сердца и на основании сердца (в норме амплитуда 1-го тона максимальна в области верхушки сердца, для 2-го тона наоборот); 4) в случае регистрации шумов сердца дать его характеристику (форму, амплитуду, продолжительность, соответствие зубцам и сегментам ЭКГ); 6) рассчитать частоту сердечных сокращений и длительность электрической (QT) и механической систол желудочков сердца (механическая систола — интервал между 1-м и 2-м тонами); 7) сделать заключение по анализу ФКГ, указав выявленные отклонения. Работа 13.3. Анализ фазовой структуры сердечного цикла (поликардиография) Поликардиография — метод изучения фазовых компонентов и периодов сердечного цикла, основанный на синхронной регистрации ЭКГ, ФКГ и сфигмограммы центрального пульса (сфигмограмма представляет собой графически зарегистрированные колебания 115 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ артериальной стенки под влиянием давления крови при каждом сердечном сокращении). Синхронная регистрация ЭКГ, ФКГ и пульса сонной артерии позволяет определить длительность фаз систолы левого желудочка. Это в свою очередь дает представление о функциональном состоянии миокарда, его сократимости и компенсаторных возможностях кровообращения в целом. В последнее время для фазового анализа сердечного цикла стали использовать (наряду с классическим методом поликардиографии) различные методики, в частности реографию области аорты. Реография — бескровный метод исследования кровообращения, основанный на регистрации колебаний сопротивления тканей тела, зависящий от пульсового колебания кровенаполнения. Для записи кривой динамики сопротивления — реограммы — используют специальные приборы реографы. При расположении реографических электродов по проекции аорты на грудную клетку можно зарегистрировать реограмму аорты. Экспериментальные данные позволяют считать, что реограмма аорты (РГА) отражает объемные колебания кровенаполнения левого желудочка сердца. Обычно параллельно с РГА записывают и ее производную — дифференциальную реограмму аорты (РГАдиф), отражающую скорость изменения объема кровенаполнения исследуемой области, что позволяет уточнить расшифровку РГА. Таким образом, синхронная регистрация ЭКГ, объемной и дифференциальной реограмм аорты может использоваться для фазового анализа сердечного цикла. Цель работы. Научиться регистрировать и проводить первичный анализ поликардиограммы. Оснащение: полиграф, включающий электрокардиограф, фонокардиограф и реограф. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Регистрация ЭКГ, РГА и РГАдиф проводят в горизонтальном или сидячем положении обследуемого студента после 3–5 мин отдыха (рис. 4). Двухэлементные концентрические реографические электроды обрабатывают специальной пастой и крепятся лейкопластырем: первый — у левого края грудины сразу под ключицей (на уровне второго межреберья), второй — на спине в области третьего-четвертого грудного позвонка. К ним присоединяют кабели от реографа. 116 Занятие 13. Методы исследования функций сердца у человека ЭКГ-электроды накладывают на конечности соответственно цветовой маркировке. После соединения выхода реографа со вторым и третьим каналами поликардиографа проводят калибровку последнего. Для этого, нажав кнопку калибровки на реографе, ручками усиления устанавливают величину отклонения перьев регистратора 10 мм. Запись поликардиограммы проводят при задержке обследуемым дыхания на неполном выдохе. Скорость движения диаграммной ленты устанавливают 50 мм/с. Повторную регистрацию поликардиограммы проводят после физической нагрузки — 20 приседаний за 30 секунд. Рис. 4. Пример зарегистрированных показателей поликардиографии Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Зарегистрированную поликардиограмму в состоянии покоя вклеить в тетрадь. 3. После записи рассчитать следующие фазы и периоды сердечного цикла в секундах. Длительность сердечного цикла — интервал R–R на ЭКГ. Длительность периода напряжения (Т) — интервал от начала зубца Q на ЭКГ до начала анакроты РГА. 117 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Длительность фазы асинхронного сокращения (АС) — от начала зубца Q ЭКГ до пересечения нисходящей части зубца R c изолинией. Длительность фазы изометрического сокращения (ИС) — от точки пересечения нисходящей ветви зубца R с изолинией ЭКГ до начала анакроты РГА. Длительность периода изгнания крови (Е) — от начала анакроты РГА до начала инцизуры реограммы (точка е). Длительность фазы быстрого изгнания (ФБИ) — интервал от начала подъема РГА до точки пересечения перпендикуляра от вершины РГАдиф на анакроту РГА (точка в). Длительность фазы медленного изгнания крови из желудочков (ФМИ) — интервал от точки в до точки е. Длительность механической систолы Sm = ИС + Е. Длительность общей систолы So — сумма периодов Т и Е. Длительность диастолы (Д) — вычитание из продолжительности сердечного цикла (R–R) периода общей систолы (So). Индекс напряжения миокарда (ИНМ): ИНМ = Т/So × 100%. Внутрисистолический показатель (ВСП): ВСП = Е/Sm × 100%. Полученные результаты занести в таблицу 2. Таблица 2 Параметры фаз сердечного цикла обследуемого Длительность фаз сердечного цикла Исследуемое состояние R–R Т АС ИС Е ФБИ ФМИ Sm Sо Д ИНМ ВСП Покой После физической нагрузки Отклонение параметров в % по отношению к покою Полученные значения параметров сердечного цикла в покое сопоставить с нормативами, приведенными в таблицах 3 и 4. 118 Занятие 13. Методы исследования функций сердца у человека Таблица 3 Пределы допустимых колебаний фаз сердечного цикла в норме в состоянии покоя Фазы сердечного цикла и относительные показатели Период напряжения (Т) Фаза асинхронного сокращения (АС) Фаза изометрического сокращения (ИС) Период изгнания (Е) Механическая систола (Sm) Общая систола (So) Диастола (Д) Индекс напряжения миокарда (ИНМ) Внутрисистолический показатель (ВСП) Пределы допус- Зависимость продолжительтимых колеба- ности фазы от длительности сердечного цикла ний в норме 0,06–0,11 (с) определяется динамикой составляющих фаз 0,04–0,07 (с) не зависит 0,02–0,05 (с) слабая зависимость 0,21–0,31 (с) 0,23–0,34 (с) тесная зависимость зависит 0,24–0,35 (с) 0,35–0,70 (с) 20–29% зависит тесная зависимость зависит 85–94% зависит Таблица 4 Должные величины некоторых фаз сердечного цикла Длительность сердечного цикла (R–R), с 0,6–0,69 07–0,79 0,8–0,89 0,9–0,99 1,0–1,09 1,1–1,19 Период изгнания (Е), с 0,23 0,24 0,25 0,26 0,27 0,28 Механическая систола (Sm), с 0,25 0,27 0,28 0,29 0,30 0,31 Общая систола (So), с 0,31 0,33 0,34 0,35 0,36 0,37 Диастола (Д), с 0,35 0,43 0,50 0,59 0,67 0,76 4. В заключение работы отметить, есть ли отклонения от нормы параметров сердечного цикла в покое, за счет чего происходит укорочение сердечного цикла после физической нагрузки. Отразить преимущества синхронной записи различных показателей деятельности сердца перед их раздельной регистрацией. 119 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Работа 13.4. Определение ударного объема крови и минутного объема кровообращения расчетным методом Старра Цель работы. Научиться рассчитывать ударный и минутный объем кровотока. Оснащение: тонометр, фонендоскоп, секундомер. Исследование проводят на человеке. Содержание работы У обследуемого студента в положении сидя после 3–5 мин отдыха измеряют артериальное давление и ЧСС. Используя формулу Старра, рассчитывают ударный объем крови (УОК). УОК (мл) = 100 + 0,5 ПД – 0,6 ДД – 0,6 В, где ПД — пульсовое давление крови (разница между систолическим и диастолическим давлением), ДД — диастолическое давление крови, В — возраст обследуемого. Минутный объем кровообращения (МОК) рассчитывают по формуле: МОК (л) = ЧСС (уд./мин) u УОК (мл)/1000. Сравнивают полученную фактическую величину МОК с должной величиной, рассчитанной по формуле: МОК должн. (л) = основной обмен/422. Основной обмен определяют по таблице Гарриса—Бенедикта. В норме отклонение фактической величины МОК от должной величины не превышает ±10%. Повторяют расчет УОК и МОК после выполнения испытуемым 20 приседаний за 30 с. Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Сделать вывод о причинах повышения УОК или ЧСС или понижения МОК в состоянии покоя. Сопоставить полученные значения систолического артериального давления (СД) и диастолического артериального давления (ДД) 120 Занятие 13. Методы исследования функций сердца у человека с должными индивидуальными величинами по формулам Волинского. СД должн. = 102 + (0,6 × возраст). ДД должн. = 63 + (0,4 × возраст). В норме отклонения фактических величин от должных не превышают ±10%. Работа 13.5. Анализ физической работоспособности человека методом расчета хронотропной реактивности сердца Цель работы. Научиться оценивать хронотропную реактивности сердца и физическую работоспособность путем расчета индекса Руфье. Оснащение: исследование проводят на человеке. Содержание работы У обследуемого студента регистрируют пульс или частоту сердечных сокращений за 15 с (ЧСС1). Измерение проводят после 3–5 мин отдыха в положении сидя. Затем в течение 45 с обследуемый выполняет 30 приседаний. Сразу же после нагрузки он садится на стул и у него регистрируется ЧСС за первые 15 с (ЧСС2) и последние 15 с (ЧСС3) первой минуты периода восстановления. Оценку хронотропной реактивности сердца и физической работоспособности проводят путем расчета индекса Руфье (ИР). ИР = (4 (ЧСС1 + ЧСС2 + ЧСС3) – 200)/10. Работоспособность оценивают по величине индекса Руфье. Значения ИР меньше 3 свидетельствуют о высокой физической работоспособности, значения от 4 до 6 — о хорошей работоспособности, значения от 7 до 9 — о средней работоспособности, значения от 10 до 14 — об удовлетворительной работоспособности, значения от 15 и выше — о плохой работоспособности. Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Обосновать правомерность оценки физической работоспособности путем расчета хронотропной реактивности сердца. 121 Занятие 14. Закономерности гемодинамики Теоретические вопросы 1. Основные законы гидродинамики и их использование для объяснения движения крови по сосудам. 2. Факторы, обеспечивающие движение крови по сосудам. 3. Кровяное давление. Факторы, влияющие на величину артериального и венозного кровяного давления. 4. Линейная и объемная скорость движения крови в разных участках кровеносного русла и факторы, их обусловливающие. 5. Артериальный и венозный пульс, их происхождение. Анализ сфигмограммы и флебограммы. Скорость распространения пульсовой волны. 6. Капиллярный кровоток и его особенности. Микроциркуляция и ее роль в механизме обмена жидкости и различных веществ между кровью и тканями. 7. Морфо-функциональная характеристика основных компонентов микроциркуляторного русла. 8. Регионарное кровообращение: принципы регуляции. Особенности малого круга кровообращения. 9. Коронарный круг кровообращения. Физиологические особенности коронарного кровотока и его регуляция. 10. Физиологические особенности мозгового кровообращения. Роль ауторегуляции в организации мозговой гемодинамики. Гематоэнцефалический барьер. 11. Портальное кровообращение. Особенности почечного кровотока. 12. Лимфатическая система. Лимфообразование, его механизмы. Функции лимфы и особенности регуляции лимфообразования и лимфооттока. 122 Занятие 14. Закономерности гемодинамики Практические работы Работа 14.1. Изучение методов измерения кровяного давления у человека (методы Короткова, Рива-Роччи) Артериальное давление (АД) — это давление крови на стенки артериальных сосудов, определяемое комплексом факторов: работой сердца, тонусом сосудистой стенки, объемом кровенаполнения, регуляторными влияниями и другими факторами. Для регистрации АД у человека наиболее часто используют непрямые (бескровные) методы: аускультативный (Короткова) и пальпаторный (Рива-Роччи). Цель работы. Отработать методику измерения артериального давления у человека методами Короткова и Рива-Роччи. Оснащение: сфигмоманометр, фонендоскоп. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Методом Короткова АД измеряют с помощью тонометра в плечевой артерии обследуемого студента. На плечо, находящееся на упоре (столе), накладывают манжетку (рис. 1). Ниже места наложения манжетки, в локтевом сгибе руки устанавливают фонендоскоп. С помощью резиновой груши нагнетают воздух в манжетку, повышая в ней давление до исчезновения пульса, то есть до того момента, когда давление в манжетке превысит давление в плечевой артерии. За давлением воздуха в манжетке наблюдают по показаниям манометра. Затем, открыв винтовой клапан, выпускают воздух и при постепенном снижении давления выслушивают тоны (звуки) в плечевой артерии. В момент, когда давление в манжетке становится ниже давления в артерии, небольшая порция крови на высоте систолы прорывается через сдавленный участок и, ударившись о расслабленную стенку сосуда дистальнее места пережатия, вызывает колебание сосуда. Вибрация стенки сосуда и воспринимается как звуки (тоны). Давление в манжетке в момент появления тонов Короткова соответствует систолическому. Далее, по мере уменьшения давления в манжетке, интенсивность тонов нарастает, а затем снижается. Когда давление крови в манжетке становится ниже диастолического давления в сосуде, его просвет полностью восстанавлива- 123 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ ется, кровь свободно проходит по сосуду и тоны исчезают. Момент их исчезновения соответствует величине диастолического давления. Рис. 1. Регистрация артериального давления по Короткову Не снимая манжетки, давление измеряют 2–3 раза с перерывом в несколько минут и отмечают наименьшую величину АД. При первом измерении из-за некоторого волнения обследуемого могут быть зарегистрированы завышенные величины АД. При измерении АД методом Рива-Роччи пальпаторно регистрируют пульс в месте локтевого сгиба руки. Давление воздуха в манжетке, наложенной на предплечье, увеличивают до исчезновения пульсации лучевой артерии. Постепенно снижают давление в манжетке и фиксируют показания манометра в момент появления первой пульсовой волны, что соответствует систолическому давлению. При дальнейшем снижении давления характер пульсации не меняется, поэтому диастолическое давление этим методом не фиксируется. Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Зарегистрированные значения АД занести в таблицу 1. Рассчитать значения пульсового давления (ПД) как разницу между 124 Занятие 14. Закономерности гемодинамики систолическим (СД) и диастолическим (ДД) и значение среднего давления (СрД) по формуле: СрД = ПД/3 + ДД Таблица 1 Параметры кровяного давления обследуемых студентов Показатели ФИО СД ДД ПД СрД Обследуемые студенты 3. Объяснить разницу физиологических процессов, регистрируемых при использовании методов Короткова и Рива-Роччи. 4. Сделать выводы о возможных причинах различной величины давления у разных студентов. При интерпретации полученных данных иметь в виду, что ДД характеризует состояние сосудистого тонуса, а СД и ПД в большей степени связаны с насосной функцией сердца. Работа 14.2. Регистрация и анализ реовазограммы Реография представляет собой бескровный метод исследования пульсовых колебаний кровенаполнения сосудов различных органов, основанный на графической регистрации электрического сопротивления живых тканей при пропускании через них высокочастотного (до 500 кГц) низкоамплитудного (не более 10 мА) тока. Токи указанных характеристик безвредны для организма и не ощущаются исследуемым. Известно, что живые ткани организма обладают хорошей электропроводностью. Проходя через ткань, переменный ток встречает сопротивление, которое обратно пропорционально электропроводимости. Электропроводность органов обусловлена пульсирующим кровотоком и равномерным кровотоком в артериолах, капиллярах и мелких венах. Таким образом, общее сопротивление электрическому току состоит из переменной составляющей, тесно связанной 125 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ с пульсовыми колебаниями кровотока, и постоянной составляющей, связанной с состоянием кровотока в мелких сосудах. Выделение переменного компонента общего сопротивления, его усиление и регистрация составляют сущность реографии. Регистрацию реовазограмм (РВГ) проводят с помощью специальных приборов — реографов с комплектом электродов. Реограммы с различных участков тела имеют примерно общую конфигурацию, аналогичную форме пульсовой волны (сфигмограммы). Регистрация РВГ верхних и нижних конечностей позволяет адекватно оценивать состояние периферического кровообращения. Для оценки сосудистой реактивности регистрацию РВГ рекомендуется повторить после проведения функциональных проб (холодовая, с физической нагрузкой). Цель работы. Провести анализ реовазограммы, выяснить особенности кровотока и сосудистого тонуса в покое и оценить сосудистую реактивность при проведении функциональной пробы. Оснащение: двухканальный реограф, комплект электродов, электрокардиограф. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Заземляют реограф и электрокардиограф. Накладывают циркулярные двухпластинчатые электроды на симметричные участки предплечий обследуемого студента: проксимальный — в область локтевой ямки, дистальный — в области лучезапястного сустава. Предварительно под электроды подкладывают марлевые прокладки, смоченные физиологическим раствором. Соединяют кабели реографа с электродами. Проверяют величины сопротивлений предплечий, нажав кнопку индикации каналов реографа. При этом должны высвечиваться сходные значения. Включают лентопротяжный механизм регистратора на скорости 50 мм/с. Перед записью РВГ проводят калибровку прибора, нажав кнопку калибровки на реографе и установив ручками усиления амплитуду сигнала 10 мм. Регистрацию РВГ проводят при положении исследуемого сидя с фиксированными на подлокотниках предплечьями и при задержке дыхания. Для оценки кардиореактивности регистрацию РВГ повторяют при функциональных температурных пробах: холодовой (прикладывание на 3 мин к предплечью грелки со льдом) и тепловой (аппликация на 3 мин к предплечью грелки с нагретой водой). Ин- 126 Занятие 14. Закономерности гемодинамики тервал между проводимыми пробами равняется 5 мин. По окончании работы выключают приборы, отсоединяют кабели и снимают электроды. Рис. 2. ЭКГ и реовазограмма (РВГ) предплечий с реовазографическими показателями: РВГпр — реовазограмма правого предплечья; РВГл — реовазограмма левого предплечья; Ак — амплитуда калибровочного сигнала; Ас — амплитуда систолической волны РВГ; Ад — амплитуда диастолической волны РВГ; D — длительность систолического притока крови в сосуд (анакрота); E — время диастолического оттока крови из сосуда (катакрота) Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Вклеить записи РВГ в тетрадь. 3. Провести анализ РВГ по нескольким показателям. 1). Реографический индекс РИ = Ас/Ак, где Ас — амплитуда РВГ в мм, Ак — амплитуда калибровочного сигнала в миллиметрах. Показатель характеризует величину систолического притока крови в исследуемую область. В норме РИ = 0,8—2,5. 127 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ 2). Амплитудно-частотный показатель (АЧП), равный отношению РИ к длительности сердечного цикла по ЭКГ (в секундах), характеризует величину объемного кровотока в единицу времени. 3). Время максимального систолического кровенаполнения сосуда (D-интервал от начала РВГ до ее вершины в секундах), характеризует тонус и эластичность артерий. В норме D = 0,082 – 0,11 (с). 4). Длительность нисходящей части РВГ — E, то есть время оттока крови из исследуемой области (от вершины РВГ до пересечения кривой с изолинией). В норме E= 0,69—0,76 (с). 5). Коэффициент Ас/Ад, где Ад — амплитуда диастолической волны. Показатель отражает соотношение артериального притока и венозного оттока крови в сосуде. 6). Реографический коэффициент (РК) характеризует соотношение тонуса и эластичность сосуда. РК = [D/(D + E)] u 100%. В норме РК = 10—18%. РВГ предплечий характеризуются симметричностью и регулярностью кривых, возможна физиологическая асимметрия кровотока в покое в пределах разницы показателей с разных предплечий на 10%. Основными признаками повышения тонуса артерий являются уменьшение Ас и РИ, удлинение времени анакроты D, закругление вершины РВГ, увеличение РК, смещение дикротической волны к вершине. Признаки снижения тонуса артерий: увеличение амплитуды РВГ и РИ, укорочение времени D, смещение инцизуры и дикротической волны к основанию, уменьшение РК. Полученные данные ввести в таблицу 2. Таблица 2 Показатели реовазограммы в покое, при холодовой и тепловой пробах Показатели Предплечье РИ правое левое правое левое АЧП 128 В покое После холодовой пробы После тепловой пробы Занятие 14. Закономерности гемодинамики Показатели Предплечье D правое левое правое левое правое левое правое левое E Ас/Ад РК В покое После холодовой пробы После тепловой пробы 4. В выводе указать: а) особенности кровотока и сосудистого тонуса предплечий в покое; б) наличие адекватной или неадекватной сосудистой реактивности при функциональных пробах; указать, о чем свидетельствуют выявленные сдвиги показателей РВГ; в) признаки асимметрии кровенаполнения конечностей (при этом различия должны превышать ±10%). Возможна физиологическая асимметрия в покое за счет больших значений РВГ правого предплечья в пределах 10%. Работа 14.3. Определение скорости распространения пульсовой волны человека Скорость распространения пульсовой волны (СРПВ) количественно характеризует состояние упругости, эластичности и тонического напряжения стенок артериальных сосудов. СРПВ зависит от строения сосудистой стенки. У здорового человека СРПВ в среднем составляет 6–8 м/с. При растяжимой, эластичной стенке артерий СРПВ равна 4–5 м/с. При уплотненной, потерявшей эластичность артериальной стенке (например, в пожилом возрасте, при атеросклерозе) СРПВ возрастает и достигает 9–10 м/с. В артерии мышечного типа (плечевая, лучевая, бедренная) скорость распространения пульсовой волны СРПВм всегда выше, чем в сосудах эластического типа (СРПВэ) (аорта, сонная, подключичная артерии). Для расчета СРВП синхронно регистрируют ЭКГ и реовазограмму с поперечным расположением электродов в двух местах вдоль исследуемой конечности. 129 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Рис. 3. ЭКГ и РВГ для определения скорости распространения пульсовой волны от начала аорты до места регистрации РВГ (А) и между двумя участками руки (Б). Т — время распространения пульсовой волны Цель работы. Количественно охарактеризовать состояние эластичности и тонического напряжения стенок артерии. Оснащение: двухканальный реограф, комплект электродов, электрокардиограф. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Обследуемый студент сидит на стуле, положив одну руку на стол. Одну пару реовазографических электродов укрепляют резиновой лентой на плече ближе к подмышечной впадине, вторую — в области лучезапястного сустава. Обе пары электродов соединяют проводами с реографом. Ручками усиления на самописце устанавливают достаточную амплитуду РВГ. Одновременно накладывают электрокардиографические электроды для регистрации ЭКГ во II отведении. Регистрацию ЭКГ и РВГ проводят при скорости 50 мм/с. Определяют время задержки пульсовой волны от начала комплекса зубцов QRS до анакроты РВГ в области плечевой артерии и от анакроты РВГ в области плечевой артерии до аналогичного участка РВГ в области лучезапястного сустава (рис. 3). С помощью сантиметровой ленты измеряют расстояние от точки во втором межреберье слева от грудины (проекция аортального клапана) до проксимальной области наложения реовазографических электродов. Также измеряют расстояние между центрами электродов в проксимальной и дистальной области конечности. 130 Занятие 14. Закономерности гемодинамики Оформление протокола 1. Записать ход работы. Вклеить полученные диаграммы в тетрадь. 2. Рассчитать СРПВ и сравнить ее с должной величиной, рассчитанной по формуле: СРПВ должная = 8 × В + 425 (м/с), где В — возраст испытуемого. Отклонение фактической СРПВ от должной в пределах ±100 см/с считается нормальным. 3. Объяснить, от чего зависит СРПВ. Работа 14.4. Наблюдение венозного тока крови у человека (опыт Гарвея) Цель работы. Экспериментально познакомиться с особенностями кровообращения в мелких венах. Оснащение: сфигмоманометр, секундомер. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Обследуемый студент находится в положении сидя на стуле, после 3–5 мин отдыха. Для того чтобы изучить особенности венозного кровотока и убедиться в наличии клапанов в венах конечностей, необходимо укрепить манжету сфигмоманометра на плече и с помощью резинового баллона поднять давление в манжете до 40 мм рт. ст. При этом на предплечье выступают вены. Небольшие утолщения на венах соответствуют местам расположения клапанов. Прижимают один палец к одной из вен ниже места расположения клапана. Вторым пальцем проводят по вене так, чтобы сместить кровь через клапан по направлению к сердцу. Первый палец оставляют на прежнем месте, а вторым пальцем пытаются сместить кровь обратно по направлению к запястью в пустующую часть вены. Убеждаются в том, что кровь через клапан не проходит. Отпустив первый палец, можно увидеть, что пустующий участок вены снизу заполняется кровью. Оформление протокола Записать ход работы. Сделать вывод о значении клапанов в движении крови по венам. 131 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Работа 14.5. Определение венозного давления у человека (косвенный метод А. Гиттера) Цель работы. Изучить особенности венозного кровотока. Оснащение: линейка, секундомер. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Обследуемый человек находится в положении лежа на кушетке или сидит на стуле, после 3–5 мин отдыха. Руки обследуемого человека опущены, и вены тыльной поверхности кисти наполнены кровью. Исследователь медленно поднимает руку обследуемого человека и одновременно наблюдает за наступающим уменьшением кровенаполнения вен. Это происходит, когда кисть расположена на 5 см ниже передней поверхности грудной клетки в области большой грудной мышцы (проекция впадения полых вен в правое предсердие). При венозном застое уменьшение кровенаполнения вен происходит при поднятии руки значительно выше этого уровня. Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Сделать вывод о величине венозного давления и о факторах, влияющих на величину венозного кровотока и венозного давления. 132 Занятие 15. Регуляция давления крови Теоретические вопросы 1. Особенности иннервации сосудов. Понятие о сосудистом тонусе, его составляющих (опыт, доказывающий наличие тонуса сосудов). 2. Классификация и характеристика механизмов регуляции сосудистого тонуса. 3. Функциональная система поддержания оптимального уровня артериального давления (ФС АД). Характеристика основных компонентов ФС АД. 4. Классификация и основные свойства барорецепторов. Основные рефлексогенные зоны, рефлекторные дуги депрессорных рефлексов. Роль хеморецепторов в регуляции сосудистого тонуса. 5. Понятие о сосудодвигательном центре, принципы регуляции эфферентной импульсации к сосудам. 6. Характеристика эффекторных механизмов ФС АД (компоненты оперативной, отсроченной и долговременной регуляции). Динамика работы ФС АД при повышении и понижении системного давления крови. 7. Методы изучения состояния кровеносных сосудов и их реактивности. Плетизмография, реовазография. Практические работы Работа 15.1. Анализ влияния ортостатической нагрузки на показатели кровообращения Ортостатическая проба — это экспериментальное выявление реакции организма на переход из горизонтального положения в вертикальное и поддержание этого положения. Физиологический смысл ортостатической нагрузки заключается в следующем. При переходе человека в вертикальное положение изменяется направление зем- 133 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ ного притяжения на тело. Вследствие градиента гидростатического давления идет перераспределение крови с депонированием до 7–10% циркулирующей крови в емкостных сосудах нижних конечностей. Кровоснабжение органов, расположенных выше сердца, уменьшается. Дополнительное перераспределение крови происходит из-за увеличения кровотока в мышцах ног. Для компенсации ортостатических изменений активируется симпатическая нервная система за счет снижения давления в аортальной и синокаротидной областях. Одновременно изменение положения тела приводит к активации центров мозжечка. В целях поддержания системного давления увеличивается ЧСС, происходит сужение мелких артерий и артериол в нижних конечностях и внутренних органах, таких, как почки, печень, селезенка. Цель работы. Изучить компенсаторные возможности сердечно-сосудистой системы при ортостатической пробе. Оснащение: кушетка, электрокардиограф, тонометр, фонендоскоп. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Обследуемый студент находится в положении лежа на спине в течение 5–6 мин. Несколько раз измеряют АД и ЧСС с интервалом в 1–2 мин. Регистрируют ЭКГ в стандартных отведениях. После этого испытуемому предлагают спокойно встать, ноги расставить на ширину плеч и стоять в течение 10 мин. Сразу после вставания измеряют АД и ЧСС и записывают ЭКГ. Далее АД и ЧСС измеряют через 1, 2, 5 и 10 мин. ЭКГ регистрируют повторно на 10-й минуте. Оформление протокола 1. Кратко описать ход эксперимента, вклеить записи ЭКГ. 2. Полученные данные занести в таблицу 1. Таблица 1 Параметры АД и ЧСС при ортостатической пробе Параметр СД ДД ПД ЧСС 134 В положении лежа В положении стоя, с интервалом 1 мин 2 мин 5 мин 10 мин Занятие 15. Регуляция давления крови 3. По результатам построить графики динамики значений ЧСС и АД при ортостатической пробе. В заключении отразить тип реакции кровообращения на ортостатическую пробу. Нормальной реакцией кровообращения считается умеренно симпатико-тонический тип изменений сердечно-сосудистых параметров: ЧСС возрастает на 20–30%, СД сначала уменьшается до 10 мм рт. ст., а затем увеличивается на 10–20 мм рт. ст., ДД снижается до 5 мм рт. ст. При отклонении изменений сердечно-сосудистых параметров от нормы возможна регистрация следующих типов изменений. 1. При гиперсимпатикотоническом типе изменений имеется более резкое повышение ЧСС, СД и ДД. 2. При гипердиастолическом типе изменений ДД повышается, ПД уменьшается и ЧСС резко возрастает. 3. При асимпатикотоническом или гиподиастолическом типе изменений СД и ДД не изменяются или несколько снижаются, ЧСС не изменяется или незначительно увеличивается. При резком падении СД возможен обморок. 4. При симпатико-астеническом типе сразу после вставания обследуемого отмечается нормальная или гиперсимпатикотоническая реакция, которая на 3–6-й мин сменяется выраженным снижением СД и значительным увеличением ЧСС. Падение давления может вызвать у обследуемого головокружение. Работа 15.2. Исследование нервной регуляции кровообращения методом кардиоинтервалометрии с вычислением индекса напряжения Р.М. Баевского Метод кардиоинтервалометрии заключается в статистическом анализе степени вариабельности последовательности 100 кардиоинтервалов, зарегистрированных у человека в состоянии покоя. Установлено, что чем более выражена вариабельность интервалов между сердечными сокращениями, тем активнее парасимпатический отдел ВНС в регуляции функций сердца, и, наоборот, чем стабильнее ритм сердца, тем активнее симпатический отдел ВНС. По параметрам кардиоинтервалограммы рассчитывают индекс напряжения (ИН) вегетативной регуляции длительности сердечно- 135 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ го ритма, предложенный российским физиологом Р.М. Баевским в конце XX века. Цель работы. Научиться оценивать тонус вегетативной нервной системы методом кардиоинтервалометрии. Оснащение: одноканальный электрокардиограф. Исследование проводят на человеке. Содержание работы У обследуемого человека в положении сидя после 5 мин покоя регистрируют не менее 100 кардиоциклов в одном из стандартных отведений при скорости 50 мм/с. Измеряют длительности 100 R–R интервалов и значения их заносят в соответствующий интервал гистограммы таблицы 2. Таблица 2 Пример заполненной таблицы для вычисления индекса напряжения Интервал гистограммы 0,55–0,59 0,60–0,64 0,65–0,69 0,70–0,74 0,75–0,79 0,80–0,84 0,85–0,89 0,90–0,94 0,95–0,99 1,00–1,04 1,05–1,09 1,10–1,14 1,15–1,19 Частота встречаемости значений R–R °° (исключается из анализа) °°°°°° °°°°°°°°°° °°°°°°°°°°°°°°°°°°° °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° °°°°°°°°°°°°°°°°°°°° °°°°°°°°°° °°°°°°°° Всего 6 10 19 25 20 10 8 всего: 100 По параметрам гистограммы рассчитывают индекс напряжения. Для этого вычисляют ряд промежуточных величин. Если в крайних интервалах гистограммы значения R–R интервалов встречаются менее трех раз или этот интервал находится через один незаполненный интервал, то эти значения R–R интервалов исключают из анализа. 136 Занятие 15. Регуляция давления крови 1. Мода (Мо) — значение середины наиболее часто встречающегося интервала кардиоинтервалов в зарегистрированной последовательности R–R интервалов. В данном примере Мо = 0,825 с. 2. Амплитуда моды (АМо) — количество R–R интервалов в интервале моды в процентах к 100 R–R интервалам. В примере АМо = 25%. АМо тем больше, чем больше тонус симпатической нервной системы. 3. Вариационный размах (ДХ) — разница между наиболее продолжительным и самым коротким R–R интервалом. В примере ДХ = 0,340 с. ДХ тем больше, чем больше тонус парасимпатической нервной системы. 4. Индекс напряжения (ИН) — показатель, интегрально отражающий степень напряжения вегетативной регуляции сердечнососудистых функций. ИН = АМо/(2 × Мо × ДХ). В примере ИН = 25/2 × 0,825 × 0,34 = 44,5. Значения ИН менее 50 характеризуют преобладание парасимпатических влияний (ваготонию), 50–150 — нормотонию, 150–250 — преобладание симпатических влияний (симпатикотонию). Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Вклеить электрокардиограмму с измеренными в миллиметрах 100 R–R интервалами в тетрадь. 3. Заполнить таблицу 2. 4. Рассчитать показатели Мо, АМо, ДХ и ИН. 5. Сделать вывод о состоянии тонуса вегетативной нервной системы у обследуемого. Работа 15.3. Определение физической работоспособности по индексу Гарвардского степ-теста Диагностическую информацию по исследованию системы кровообращения можно расширить за счет проведения функциональных нагрузочных проб. При функциональных сердечно-сосудистых нарушениях гемодинамические параметры организма находятся в 137 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ норме в условиях функционального покоя человека. Однако при дозированной физической нагрузке могут быть зарегистрированы значительные изменения этих параметров. Физиологической основой всех тестов с физической нагрузкой является повышение потребления работающим организмом кислорода. Любая физическая нагрузка усиливает окислительно-восстановительные процессы, связанные с повышением потребления глюкозы, липидов и увеличением клеточного метаболизма. Для обеспечения этих процессов требуется адекватное увеличение потребления тканями кислорода. При этом транспорт кислорода определяется в основном интенсивностью работы сердца, ускорением кровотока и снижением сосудистого сопротивления в мышцах. По характеру сдвига и восстановления ЧСС при нагрузке можно оценивать физическую работоспособность и функциональные возможности кровообращения человека. В качестве физической нагрузки используется подъем и спуск обследуемого человека по двум ступенькам лестницы в определенном темпе. Цель работы. Научиться контролировать работоспособность человека по показателям деятельности сердца. Оснащение: специальная лестница, состоящая из двух ступенек, секундомер. Исследование проводят на человеке. Содержание работы После подъема и спуска обследуемого студента по двум ступенькам лестницы в течение 6 мин у него в положении сидя подсчитывают пульс (ЧСС) на 2-й, 3-й, 4-й минутах. ЧСС регистрируют в течение первых 30 секунд каждой минуты восстановительного после нагрузки периода. По полученным данным рассчитывают индекс Гарвардского степ-теста (ИГСТ). ИГСТ = Т × 100/2 × (Р1 + P2+ Р3), где Т — время выполнения теста, равное 300 с; Р1, Р2, Р3 — значения пульса за первые 30 секунд на 2-й, 3-й, 4-й минуте восстановительного периода обследуемого. Если обследуемый отказывается от физической нагрузки раньше, чем через 6 мин, то в формулу подставляют то время, в течение которого выполняли пробу. 138 Занятие 15. Регуляция давления крови Оформление протокола 1. Описать ход работы. 2. Построить график зависимости ЧСС от времени после степ-теста. 3. Вычислить ИГСТ. 4. Оценить физическую работоспособность и функциональные возможности сердечно-сосудистой системы обследуемого человека с помощью таблицы 3. Таблица 3 Оценка резерва сердечно-сосудистой системы по Гарвардскому степ-тесту Резерв сердечно-сосудистой системы Низкий Ниже среднего Средний Хороший Отличный ИГТС < 55 56–64 65–79 80–89 > 90 5. В выводе дать оценку и объяснение полученным результатам. Объяснить, за счет каких эффекторных механизмов и насколько экономично происходит обеспечение выполнения физической работы, а также восстановление значений ЧСС в восстановительный период. Контрольные вопросы 1. Функции кровообращения. Строение сердца, круги кровообращения. 2. Сердце как аппарат нагнетания крови в сосуды и создания в них определенного давления. Анатомо-физиологические особенности сердечной мышцы. 3. Свойства и особенности сердечной мышцы (возбудимость, проводимость, рефрактерность, автоматия, сократимость). 4. Проводящая система сердца. Современные представления о субстрате и механизме автоматии сердца. 5. Распространение возбуждения по сердцу. Особенности возбудимости сердечной мышцы. Экстрасистолия. 139 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ 6. Гемодинамическая функция сердца. Фазы кардиоцикла. Динамика давления в полостях сердца и положение клапанов в разные фазы сердечного цикла. Метод фазового анализа сердечного цикла. 7. Основные показатели центральной гемодинамики. Систолический и минутный объем крови, методы их определения. 8. Классификация механизмов регуляции сердечной деятельности. 9. Закон Франка—Старлинга, его следствие и функциональное значение. 10. Понятие о внутрисердечных механизмах регуляции. Внутрисердечные рефлекторные дуги, их функциональное значение. 11. Иннервация сердца, характеристика симпатических и парасимпатических влияний на деятельность сердца. 12. Рефлекторная регуляция деятельности сердца. Классификация сердечных рефлексов. Значение для клиники. 13. Особенности гуморальной регуляции сердечной деятельности. Значение для клиники. 14. Классификация методов исследования деятельности сердца. 15. Электрокардиография, ее природа. Теории, объясняющие происхождение элементов ЭКГ. 16. Происхождение компонентов ЭКГ, их характеристики. 17. Методика регистрации и анализа ЭКГ. Электрокардиография, отведения. Клиническое значение метода. 18. Векторкардиография (ВЭКГ). Принцип регистрации, клиническое значение. 19. Тоны сердца, методы их изучения и регистрации. Фонокардиография: принцип регистрации, клиническое значение. 20. Эхокардиография. Физиологические основы и принципы метода. Клиническое значение. Регистрируемые показатели. 21. Реографические методы анализа сердечной деятельности. Принцип методов, значение. Поликардиография. 22. Основные законы гидродинамики и использование их для объяснения движения крови по сосудам. 23. Факторы, обеспечивающие движение крови по сосудам. Функциональная характеристика сосудистого русла. 140 Занятие 15. Регуляция давления крови 24. Кровяное давление. Факторы, влияющие на величину артериального и венозного кровяного давления. Методы измерения кровяного давления. 25. Линейная и объемная скорость движения крови в разных участках кровеносного русла и факторы, их обусловливающие. 26. Артериальный и венозный пульс, их происхождение. Анализ сфигмограммы и флебограммы. Скорость распространения пульсовой волны. 27. Капиллярный кровоток и его особенности. Микроциркуляция и ее роль в механизме обмена жидкости и различных веществ между кровью и тканями. 28. Морфофункциональная характеристика основных компонентов микроциркуляторного русла. 29. Регионарное кровообращение: принципы регуляции. Особенности малого круга кровообращения. 30. Коронарный круг кровообращения. Физиологические особенности коронарного кровотока и его регуляция. 31. Физиологические особенности мозгового кровообращения. Роль ауторегуляции в организации мозговой гемодинамики. Гематоэнцефалический барьер. 32. Портальное кровообращение. Особенности почечного кровотока. 33. Лимфатическая система. Лимфообразование, его механизмы. Функции лимфы и особенности регуляции лимфообразования и лимфооттока. 34. Особенности иннервации сосудов. Понятие о сосудистом тонусе, его составляющих (миогенный, нейрогенный, гуморальный компоненты). Опыты, доказывающие наличие тонуса сосудов. 35. Классификация и характеристика механизмов нейрогуморальной регуляции сосудистого тонуса. 36. Функциональная система поддержания оптимального для метаболизма уровня артериального давления (ФС АД). Характеристика основных компонентов ФС АД. 37. Классификация и основные свойства барорецепторов. Основные рефлексогенные зоны, рефлекторные дуги депрессорных рефлексов. Роль хеморецепторов в регуляции сосудистого тонуса. 38. Понятие о сосудодвигательном центре, принципы регуляции эфферентной импульсации к сосудам. 141 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ 39. Характеристика эффекторных механизмов ФС АД (компоненты оперативной, отсроченной и долговременной регуляции). Динамика работы ФС АД при повышении и понижении системного давления крови. 40. Методы изучения состояния кровеносных сосудов и их реактивности. Плетизмография, реовазография. 142 Занятие 16. Методы исследования внешнего дыхания Теоретические вопросы 1. Дыхание как физиологический процесс. Роль дыхания для организма. Стадии дыхания. 2. Механизм вдоха. Роль инспираторных мышц. Роль плевральной полости. Факторы, обеспечивающие возникновение и поддержание отрицательного давления в плевральной полости. Пневмоторакс как причина нарушения внешнего дыхания. Механизм выдоха. Пассивный и активный выдох. 3. Газовый состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха. 4. Понятие анатомического и функционального мертвого пространства. 5. Основные показатели внешнего дыхания: частота дыхания, жизненная емкость легких и ее составляющие, остаточный объем, функциональная остаточная емкость, мертвое пространство, минутный объем дыхания, коэффициент легочной вентиляции. 6. Методы определения показателей внешнего дыхания (спирометрия, спирография). 7. Дыхательные функциональные пробы: форсированная жизненная емкость, объем форсированного выдоха за первую секунду, индекс Тиффно, максимальная вентиляция легких. 8. Нереспираторные функции органов дыхания. Практические работы Работа 16.1. Исследование статических легочных объемов методом спирометрии Спирометрия — один из важнейших и распространенных методов исследования функции внешнего дыхания. Этот метод позволяет оценивать объемы выдыхаемого воздуха при спокойном 143 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ и форсированном дыхании. Эти показатели называют статическими дыхательными показателями. Они зависят от пола, возраста, роста и физического развития испытуемого. Цель работы. Определить с помощью спирометра легочные объемы и сопоставить полученные данные с нормативными значениями. Оснащение: спирометр, индивидуальные мундштуки, таблица Клемента. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Последовательно измеряют статические параметры внешнего дыхания. 1. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ). После максимального вдоха из окружающего воздуха испытуемый осуществляет максимальный выдох через мундштук спирометра. Величину ЖЕЛ определяют по шкале аппарата, при этом учитывают максимальное значение из трех измерений. Полученную величину сравнивают с должной ЖЕЛ. У взрослого человека среднего роста ЖЕЛ составляет 3–5 л. На каждые 5 см роста, начиная со 155 см, она увеличивается в среднем на 300 мл. У мужчин величина ее примерно на 15% больше, чем у женщин. Школьники в возрасте 11–12 лет имеют ЖЕЛ около 2 л; дети до 4 лет — 1 л; новорожденные — 150 мл. 2. Дыхательный объем (ДО) или глубина дыхания — объем вдыхаемого и выдыхаемого в покое воздуха. Взяв в рот мундштук спирометра, сделайте несколько (5–7) спокойных выдохов, вдыхая через нос. Суммарный результат разделите на количество дыхательных движений. У взрослых людей ДО = 400—500 мл, у детей 11–12 лет — около 200 мл, у новорожденных — 20–30 мл. 3. Резервный объем выдоха (РОвыд.) — максимальный объем, который можно с усилием выдохнуть после спокойного выдоха. Через 20–30 с спокойного дыхания в момент выдоха быстро возьмите в рот мундштук аппарата и сделайте максимально возможный выдох. 4. Резервный объем вдоха (РОвд) — максимальный объем воздуха, который можно дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха. Этот показатель внешнего дыхания рассчитывают по формуле: РОвд = ЖЕЛ – (ДО + РОвыд). 144 Занятие 16. Методы исследования внешнего дыхания 5. Остаточный объем (ОО) — объем воздуха, остающийся в легких после максимального выдоха. С помощью только спирометрии определить ОО невозможно. С помощью других методов исследования установлено, что ОО = 500—1000 мл. 6. Общая емкость легких (ОЕЛ) — количество воздуха, находящееся в легких после максимального вдоха. Этот показатель внешнего дыхания рассчитывают по формуле: ОЕЛ = ЖЕЛ + ОО. 7. Функциональная остаточная емкость легких (ФОЕЛ) — количество воздуха, остающегося в легких после спокойного выдоха. Этот показатель внешнего дыхания рассчитывают по формуле: ФОЕЛ = ОО + РОвыд. 8. Емкость вдоха (ЕВД) — максимальный объем воздуха, который можно вдохнуть после спокойного выдоха. Этот показатель внешнего дыхания рассчитывают по формуле: ЕВД = ДО + РОвд. Оформление протокола 1. Записать ход работы и результаты измерений. 2. Перечислить легочные объемы. Работа 16.2. Исследование динамических дыхательных показателей методом спирометрии Кроме статических показателей, характеризующих степень физического развития дыхательного аппарата, существуют динамические показатели, дающие информацию об эффективности вентиляции легких и функциональном состоянии дыхательных путей. Исследования проводятся с использованием спирометра СП-1. Этот спирометр является медицинским диагностическим прибором, который применяется в пульмонологической практике лечащими врачами, а также непосредственно больными с целью систематического исследования показателей внешнего дыхания для оценки уменьшения растяжимости легочной ткани (рестрикции) и затруднения проходимости бронхов (обструкции). 145 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Цель работы. Определить эффективность вентиляции легких и функциональное состояние дыхательных путей по динамическим показателям внешнего дыхания. Оснащение: спирометр СП-1, индивидуальные мундштуки. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Спирометр СП-1 имеет следующие переключатели. VC — жизненная емкость легких (ЖЕЛ), FVC — форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ), FEV1 — объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ1). Последовательно измеряют динамические параметры внешнего дыхания. 1. Форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ) — количество воздуха, которое может быть выдохнуто при форсированном выдохе после максимального вдоха. После медленного максимального вдоха из атмосферы делают максимально быстрый максимальный выдох в спирометр. Сравнивают величины ЖЕЛ и ФЖЕЛ. В норме ЖЕЛ на 100– 300 мл больше ФЖЕЛ. Увеличение этой разницы свыше 300 мл указывает на сопротивление току воздуха вследствие сужения просвета мелких бронхов. Продолжительность максимально быстрого выдоха колеблется от 1,5 до 2,5 с. 2. Объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ1) — количество воздуха, выдыхаемого в течение первой секунды форсированного выдоха после максимального вдоха. Спирометр СП-1 покажет ОФВ1 одновременно с ФЖЕЛ. Измерение этого параметра необходимо для расчета индекса Тиффно. 3. Индекс Тиффно — отношение ОФВ1 к ЖЕЛ, выраженное в процентах. Индекс Тиффно является классическим тестом для выявления обструктивных нарушений дыхания, в основе которых лежит повышение сопротивления движению воздуха по дыхательным путям. В норме он равен 70–85%. Снижение индекса Тиффно до 55% свидетельствует об умеренных нарушениях бронхиальной проводимости, большее снижение — о значительных нарушениях проходимости бронхиальных путей. Оформление протокола 1. Записать ход работы. 2. Полученные результаты занести в таблицу 1. 146 Занятие 16. Методы исследования внешнего дыхания Таблица 1 Показатели внешнего дыхания Показатели ЗарегисДолжные отклотриронения от ванные по станд. по фор- должн., % формумуле лам Клемента 1 2 1 отклонения от должн., % 2 ЖЕЛ, л ОФВ1, л ФЖЕЛ, л ФЖЕЛ/ЖЕЛ, % ОФВ1/ЖЕЛ, % Работа 16.3. Вычисление должных дыхательных показателей по стандартизированным формулам Многие показатели функции внешнего дыхания существенно зависят от конституции обследуемого, размеров тела (масса, рост), возраста, пола, физической подготовки и даже характера профессиональной деятельности. Поэтому при анализе полученных данных фактические значения следует сопоставлять с должными величинами, рассчитанными с учетом этих показателей и коэффициентов. В норме отклонения фактических значений дыхательных показателей от должных показателей колеблются в пределах 10–15%. Цель работы. Вычислить дыхательные показатели по стандартизированным формулам. Оснащение: формулы для расчета должных дыхательных показателей. Содержание работы Рассчитывают должные дыхательные показатели обследуемого студента, используя стандартизированные формулы в таблице 2. 147 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Таблица 2 Формулы для расчета должных дыхательных показателей Должный показатель Мужчины Женщины 1. Жизненная емкость 0,052 × Р – легких (ЖЕЛ), л* – 0,028 × В – – 3,2 2. Форсированная 0,0592 × Р – жизненная емкость – 0,025 × В – легких (ФЖЕЛ), л – 4,24 3. Объем форсирован- 0,0368 × Р – ного выдоха за первую – 0,032 × В – секунду (ОФВ1), л – 1,26 4. ФЖЕЛ/ЖЕЛ % 80 0,049 × Р – – 0,019 × В – – 3,76 Результаты вычислений 0,046 × Р – – 0,024 × В – – 2,852 0,0356 × Р – – 0,025 × В – – 1,932 82 Р — рост (см), В — возраст (годы, лет). * при возрасте менее 22 лет величину ЖЕЛ следует снизить на 0,2 л. Оформление протокола 1. Полученные данные перенести в таблицу 1. Сравнить рассчитанные должные величины с фактически полученными показателями в предыдущем исследовании. Определить процент отклонения фактических величин от должных величин. 3. Сделайте заключение о соответствии фактических дыхательных показателей должным. Работа 16.4. Вычисление должных дыхательных показателей по формуле Р.Ф. Клемента Вычисление должных величин статических и динамических дыхательных показателей по Р.Ф. Клементу проводится с учетом пола, роста и возраста. Цель работы. Вычислить дыхательные показатели по формуле Р.Ф. Клемента. Оснащение: формулы для расчета должных дыхательных показателей. Содержание работы Статические и динамические дыхательные показатели рассчитывают по формуле Р.Ф. Клемента: 148 Занятие 16. Методы исследования внешнего дыхания должная величина дыхательного показателя = (рост × коэффициент роста) + (возраст × коэффициент возраста) + константа. Единицами измерения роста являются метры, возраста — годы. Коэффициенты и константы берут из таблицы 3. Таблица 3 Должные величины статических и динамических дыхательных показателей по Р.Ф. Клементу Показатель ЖЕЛ Пол Возраст М 18–25 25–70 18–25 25–70 18–25 25–70 18–25 25–70 18–25 25–70 18–25 25–70 18–25 25–70 18–25 25–70 Ж ФЖЕЛ М Ж ОВФ1 М Ж ОФВ1/ЖЕЛ М Ж Коэффициент роста возраста 5,8 0,085 5,8 –0,029 3,8 0,029 3,8 –0,017 5,8 0,079 5,8 –0,030 3,8 0,021 3,8 –0,019 4,3 0,043 4,3 –0,029 2,9 0,014 2,9 –0,021 –5,0 –0,570 –5,0 –0,170 –6,7 –0,290 –6,7 –0,170 Константа –6,908 –4,063 –3,190 –2,043 –6,940 –4,188 –3,096 –2,093 –4,222 –2,423 –1,896 –1,019 105,060 95,050 103,682 100,700 Оформление протокола 1. Полученные данные перенести в таблицу 1. Сравнить рассчитанные должные величины с фактически полученными показателями в предыдущих исследованиях. Определить процент отклонения фактических величин от должных величин. 2. Сделайте заключение о соответствии фактических дыхательных показателей должным. 149 Занятие 17. Регуляция дыхания Теоретические вопросы 1. Функциональная система, обеспечивающая оптимальный для метаболизма газовый состав крови в организме человека. 2. Транспорт кислорода кровью. Кривая диссоциации оксигемоглобина. Кислородная емкость крови. Факторы, влияющие на сродство гемоглобина к кислороду. 3. Транспорт углекислого газа кровью. Роль фермента карбоангидразы. Участие дыхания в регуляции рН крови. 4. Нейрогуморальная регуляция дыхания. 5. Гуморальная регуляция дыхания. Опыт Фредерика. Механизм первого вдоха новорожденного. Рефлекторное апноэ и гиперпноэ. 6. Дыхательный центр. Его структура, локализация. Физиологические механизмы смены вдоха на выдох. 7. Дыхание в условиях повышенного и пониженного давления воздуха. Механизм адаптации человека к условиям высокогорья. Практические работы Работа 17.1. Влияние физиологических нагрузок на дыхание человека Изменение функционального состояния организма (сон, физические или эмоциональные нагрузки и др.) всегда сопровождается изменением интенсивности метаболических процессов и, следовательно, потребления О2 и выделения СО2. Соотношение О2 и СО2 в организме всегда поддерживается на необходимом для метаболизма уровне в первую очередь за счет изменения параметров внешнего дыхания. Внешнее дыхание меняется и по другим причинам, например, при разговоре, кашле, глотании. Это можно обнаружить при регистрации дыхательных движений. 150 Занятие 17. Регуляция дыхания Цель работы. Изучить зависимость частоты, глубины и ритмичности внешнего дыхания от различных физиологических нагрузок на организм человека. Оснащение: кимограф, манжета, капсула Марея, секундомер, чернила, бумага для записей. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Манжету укрепляют на нижней части грудной клетки или на животе испытуемого (рис. 1). Испытуемый располагается спиной к регистрирующему прибору. Приставив рычажок с пером, укрепленным на капсуле Марея, к барабану кимографа, записывают пневмограмму: 1) при спокойном дыхании; 2) при глотании, кашле, разговоре, чтении, пении; 3) сразу после физической нагрузки (20 приседаний за 30 с). Другой студент должен следить по секундомеру за временем и обязательно отмечать карандашом на движущейся ленте кимографа временные интервалы и моменты начала и окончания выполнения поведенческих заданий. Рис. 1. Установка для регистрации дыхательных движений у человека: 1 — манжета; 2 — трубка для заполнения манжеты воздухом и тройник с зажимом; 3 — капсула Марея; 4 — писчик; 5 — кимограф Оформление протокола 1. Вклейте полученную пневмограмму в тетрадь и определите частоту дыхания в 1 мин. 151 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ 2. Сделайте заключение, сравнив результаты ваших исследований, полученные в покое, во время физической нагрузки и после нее. 3. Объясните механизмы изменения дыхания при разговоре, глотании, кашле и др., а также причины изменения дыхания при физической нагрузке. Работа 17.2. Регистрация рефлекторного апноэ и гиперпноэ у человека Произвольная задержка дыхания приводит к увеличению напряжения углекислого газа в крови (гиперкапния). После гипервентиляции (частое и глубокое дыхание) напряжение углекислого газа в крови снижается (гипокапния). Цель работы. Изучить зависимость характера внешнего дыхания от содержания СО2 в крови испытуемого. Оснащение: кимограф, манжета, капсула Марея, секундомер, чернила, бумага для записей. Исследование проводят на человеке. Содержание работы При регистрации пневмограммы испытуемый располагается спиной к регистрирующему прибору. Сначала исследуют изменения дыхания после произвольной задержки дыхания на вдохе. Для этого регистрируют несколько спокойных дыхательных циклов. Затем по сигналу инструктора “Вдохнуть и не дышать!” испытуемый делает максимально глубокий вдох и задерживает дыхание так долго, как только может. Без всякой дополнительной команды испытуемый прерывает задержку дыхания и делает первый непроизвольный вдох тогда, когда почувствует в этом острую необходимость. Регистрация продолжается еще несколько дыхательных циклов. Во время исследования запись не прерывается. Специальных команд на прекращение задержки дыхания не дается. После этого исследуют изРис. 2. Изменение пневмограммы менения дыхания после пропри апноэ (а) и гиперпноэ (б) извольной гипервентиляции. 152 Занятие 17. Регуляция дыхания Повторяется регистрация нескольких циклов спокойного дыхания, после чего подается команда о начале гипервентиляции. При этом испытуемый должен дышать в течение 15 с максимально часто и глубоко. Испытуемый может прервать гипервентиляцию раньше, если почувствует в этом необходимость. После окончания гипервентиляции регистрируются еще несколько дыхательных циклов. Оформление протокола 1. Вклейте в тетрадь полученные пневмограммы (рис. 2). Отметьте на них: а) время задержки дыхания и первое дыхательное движение после окончания задержки дыхания (рефлекторное гиперпноэ); б) время гипервентиляции и изменение дыхания после нее (рефлекторное апноэ). 2. Сделайте заключение о причинах изменения дыхания после произвольной задержки дыхания и после гипервентиляции. Работа 17.3. Определение времени задержки дыхания на вдохе и на выдохе Исследование длительности задержки дыхания на вдохе называется пробой Штанге. Определение длительности задержки дыхания на выдохе называется пробой Генча. Цель работы. Освоить методику сравнительной оценки длительности задержки дыхания на вдохе и на выдохе. Оснащение: секундомер. Исследование проводят на человеке. Содержание работы У испытуемого измеряют с помощью секундомера время максимально возможной произвольной задержки дыхания сначала на вдохе и затем на выдохе. В среднем у здорового человека длительность задержки дыхания на вдохе составляет 50–60 с и на выдохе 30–40 с. Оформление протокола 1. Запишите результаты исследования и сделайте заключение о причинах различной длительности задержки дыхания на вдохе и выдохе. 153 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Контрольные вопросы 1. Роль дыхания для организма. Этапы дыхания. 2. Нереспираторные функции органов дыхания. 3. Механизм вдоха. Роль плевральной полости, причины постоянного отрицательного давления в плевральной полости. 4. Пневмоторакс как причина нарушения внешнего дыхания. 5. Механизм выдоха. Пассивный и активный выдох. 6. Газовый состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха. Причины различной концентрации газов в этих объемах. 7. Понятие мертвого пространства (анатомического и функционального). Факторы, влияющие на эти объемы и функциональное значение этих объемов. 8. Статические и динамические показатели внешнего дыхания. 9. Методы определения показателей внешнего дыхания (спирометрия, спирография). 10. Дыхательные функциональные пробы. 11. Индекс Тиффно. Его определение и значение для клиники. 12. Газовый состав артериальной и венозной крови. 13. Причины газообмена между альвеолярным воздухом и кровью. 14. Транспорт кислорода кровью. Кривая диссоциации оксигемоглобина. 15. Транспорт углекислого газа кровью. Роль карбоангидразы. 16. Гуморальная регуляция дыхания. Опыт Фредерика. 17. Роль хеморецепторов в регуляции дыхания. 18. Нервная регуляция дыхания. Дыхательный центр. 19. Роль блуждающего нерва в регуляции дыхания. Механизм смены вдоха на выдох. 20. Механизм первого вдоха новорожденного. 21. Дыхание в условиях высокого и низкого атмосферного давления. 22. Функциональная система, поддерживающая оптимальный для метаболизма уровень О2/СО2 в крови. 154 Занятие 18. Моторная функция органов пищеварения Теоретические вопросы 1. Функции пищеварительного тракта. 2. Пищеварение в полости рта: слюноотделение, его регуляция, состав и физиологическая роль слюны. 3. Акт глотания, передвижение пищи по пищеводу. 4. Пищеварение в желудке: состав и свойства желудочного сока, регуляция (нервная, гуморальная, местная) желудочной секреции, фазы желудочной секреции. 5. Физиологическая роль гастромукопротеида — внутреннего фактора Касла. 6. Виды моторики желудка, нейрогуморальная регуляция движений желудка, механизмы порционной эвакуации из желудка в 12-перстную кишку. 7. Пищеварение в 12-перстной кишке: состав и свойства сока поджелудочной железы, регуляция панкреатической секреции. 8. Желчь, ее состав и участие в пищеварении. Регуляция желчеобразования и желчевыделения. 9. Пищеварение в тонком кишечнике. Полостное и пристеночное пищеварение, моторная деятельность тонкой кишки и ее регуляция. 10. Физиологические и биофизические механизмы всасывания питательных веществ. Роль ворсинок и микроворсинок во всасывании. 11. Пищеварение в толстом кишечнике. Микрофлора толстого кишечника и ее физиологическое значение. 12. Методики изучения функций пищеварительного тракта. 155 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Практические работы Работа 18.1. Влияние ацетилхолина и адреналина на моторику клоаки у лягушки Моторная функция органов пищеварения подчиняется нервногуморальной регуляции. Вегетативная нервная система осуществляет рефлекторный контроль моторной активности желудочнокишечного тракта. Гуморальная регуляция обеспечивается различными энтеральными и тканевыми гормонами, а также биологически активными веществами, одни из которых активируют, а другие угнетают моторные функции органов пищеварения. Цель работы. Исследовать моторную активность кишечника лягушки. Оснащение: набор хирургических инструментов, универсальный штатив с укрепленным на нем рычажком Энгельмана и полкой для тела лягушки, кимограф, физиологический раствор и растворы ацетилхолина 1:50 000 и адреналина 1:1000, эфир. Эксперимент выполняют на лягушке. Содержание работы У лягушки разрушают головной и спинной мозг. Фиксируют ее на полке, укрепленной в штативе, кверху брюшком. Вскрывают брюшную полость и отыскивают толстую кишку. В месте перехода тонкой кишки в толстую накладывают рядом две лигатуры, после чего перерезают кишку между ними. Одна из лигатур изолирует содержимое тонкой кишки. Другая лигатура служит для фиксации клоаки. За нитку прикрепляют клоаку к рычажку Энгельмана. Записывают сокращения кишки на медленно вращающемся барабане кимографа. Периодически орошают кишку физиологическим раствором. Спонтанные сокращения кишки могут начаться не сразу, а через 5–10 мин. После регистрации спонтанных сокращений на кишку наносят 1–2 капли раствора ацетилхолина. После регистрации сокращений кишки при действии ацетилхолина кишку орошают физиологическим раствором для удаления ацетилхолина. Снова записывают спонтанные сокращения кишки. Затем наносят 2–3 капли адреналина, записывая расслабление кишки. 156 Занятие 18. Моторная функция органов пищеварения Оформление протокола 1. Вклейте полученные кимограммы. Обозначьте на них спонтанные сокращения кишки и моменты нанесения ацетилхолина и адреналина. 2. Сделайте вывод о роли медиаторов симпатических и парасимпатических нервов в регуляции моторной активности кишечника. Работа 18.2. Исследование моторной функции пищевода лягушки Движения мерцательного эпителия, выстилающего слизистую оболочку пищевода, способствуют передвижению комочков пищи из ротовой полости в желудок. Цель работы. Исследовать роль мерцательного эпителия пищевода в продвижении пищи по пищеводу. Эксперимент выполняют на лягушке. Оснащение: мелкие кусочки пробки, ластика или пенопласта, маковые зерна, манная крупа, поднос для лягушки, хирургическая нить, препаровальные инструменты, физиологический раствор. Содержание работы У обездвиженной лягушки вскрывают грудную клетку. Обнажают и рассекают стенку пищевода в продольном направлении. На слизистую оболочку верхней части пищевода помещают кусочек легкого материала (крупинки манной крупы, маковые зерна, кусочки пробки, ластика или пенопласта). Наблюдают за перемещением используемых в эксперименте частиц материала вдоль пищевода. Регистрируя время прохождения частиц по пищеводу и измеряя длину пищевода, вычисляют скорость передвижения частиц по пищеводу с помощью мерцательного эпителия. Оформление протокола 1. Опишите полученные результаты. 2. Сделайте заключение о функции мерцательного эпителия пищевода. 157 Занятие 19. Секреция и всасывание в органах пищеварения Теоретические вопросы 1. Функциональная организация пищевого центра: пищевая мотивация, гипоталамические центры “голода” и “насыщения”, триггерный механизм возбуждения центров гипоталамуса. 2. Системные механизмы голода: теория “пустого желудка” и теория “голодной крови”. 3. Системные механизмы насыщения: фазы пищевого насыщения (сенсорное, метаболическое). 4. Депонирование питательных веществ в организме и их последующее использование. 5. Функциональная система, поддерживающая оптимальный для метаболизма уровень питательных веществ в крови. 6. Функциональная система, обеспечивающая акт дефекации. 7. Непищеварительные функции пищеварительного тракта: экскреторная, участие в водно-солевом обмене, эндокринная, инкреторная, иммунная. 8. Пищеварительные и непищеварительные функции печени. Особенности кровоснабжения печени. 9. Функциональная система, поддерживающая оптимальный для метаболизма уровень глюкозы в крови. Практические работы Работа 19.1. Исследование переваривающих свойств желудочного сока Желудочный сок состоит из растворенных в воде соляной кислоты, других кислот, ферментов и слизи. В сутки выделяется 1,5–3 л желудочного сока. При отсутствии пищи в желудке происходит спонтанная периодическая секреция желудочного сока, которая 158 Занятие 19. Секреция и всасывание в органах пищеварения уменьшается в ночные и утренние часы. Периодическое усиление выделения желудочного сока во время голода в течение суток совпадает с усилением моторики “голодного” желудка. В основе этих процессов лежит повышение тонуса ядер блуждающих нервов, что связано с эндогенным поступлением глюкозы из депо в кровь во время голода. Соляная кислота секретируется обкладочными клетками желез желудка. Кислая среда желудочного сока формируется также молочной и масляной кислотами, входящими в состав желудочного сока. Кислотность содержимого желудка натощак низкая (pH = 6,0–7,0). При пищеварении pH желудочного сока достигает 1,0–1,5, и среда становится резко кислой. Соляная кислота участвует в активации пепсиногена и создании оптимального pH для действия пепсина, оказывает бактерицидное действие, денатурирует пищевые белки, способствует переходу химуса из желудка в двенадцатиперстную кишку. Главными ферментами желудочного сока являются пепсин, гастриксин и ренин, расщепляющие пищевые белки до полипептидов. Активные формы пепсиногена — пепсин-I и пепсин-II — образуются при действии соляной кислоты и разрушают полипептидные связи при pH = 3,2–3,5. Ренин вызывает створаживание молока у грудных детей. После этого плотная часть створоженного молока остается в желудке на некоторое время, а жидкая часть быстро эвакуируется из него. Составной частью желудочного сока является также слизь, которая обволакивает пищу и защищает слизистую желудка от механических и химических повреждений. Цель работы. Изучить способность желудочного сока и соляной кислоты переваривать белковую пищу. Оснащение: натуральный желудочный сок, 0,5% раствор соляной кислоты, 0,5% раствор натрия гидрокарбоната, водяная баня или термостат, штатив с пробирками, пинцет, лакмусовая бумага. Эксперимент проводят на вареных мышцах лягушки. Содержание работы 4 пробирки нумеруют и помещают их в штатив. Наливают по 2 мл желудочного сока в пробирки № 1, 2, 3, а в пробирку № 4 — 2 мл 0,5% раствора соляной кислоты. Содержимое пробирки № 2 кипятят на спиртовке. В пробирку № 3 добавляют раствор натрия гидрокарбоната до получения слабоосновной реакции. При этом лакмусовая 159 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ бумага окрашивается в синий цвет. Во все пробирки кладут одинаковое количество мышечной ткани весом от 0,1 до 0,3 г. Пробирки помещают на 30 мин на водяную баню или в термостат при температуре 38 °C. Затем визуально определяют изменение внешнего вида кусочков мышечной ткани. Результаты опыта оформляют в виде таблицы 1. Таблица 1 Номер пробирки 1 2 Содержание пробирки Изменение вида мышечной ткани через 30 мин Желудочный сок Прокипяченный желудочный сок Желудочный сок + бикарбонат Раствор соляной кислоты 3 4 Оформление протокола 1. Результаты эксперимента запротоколируйте. 2. Сделайте вывод о роли ферментов и соляной кислоты желудочного сока в переваривании белков пищи. Работа 19.2. Роль желчи в процессах пищеварения Желчь образуется в печени. За сутки выделяется 500–1500 мл желчи. В состав желчи входят вода, минеральные соли и органические вещества, такие, как желчные кислоты, желчные пигменты, лецитин, холестерин, жиры, муцин. Непрерывное образование желчи осуществляется за счет диффузии солей и низкомолекулярных веществ, фильтрации воды и активной секреции желчных кислот из крови. Секретируемая печенью желчь накапливается в желчном пузыре, где происходит ее концентрирование за счет реабсорбции воды и ряда веществ из желчи в кровь. Желчь выделяется из желчного пузыря в двенадцатиперстную кишку при поступлении в нее химуса из желудка. Желчевыделение регулируется нервными и гуморальными путями. Гастрин, секретин, холецистокинин усиливают желчевыделение. 160 Занятие 19. Секреция и всасывание в органах пищеварения Желчь выполняет следующие функции: — эмульгирует жиры, увеличивая общую поверхность их взаимодействия с ферментами панкреатического сока; — активирует панкреатическую липазу; — способствует всасыванию жирорастворимых витаминов; — усиливает моторику тонкой кишки; — создает щелочную реакцию в двенадцатиперстной кишке и способствует нейтрализации поступающего в нее кислого содержимого желудка. Цель работы. Исследовать функции желчи по эмульгированию жиров и по всасыванию жиров. Оснащение: пробирки, стеклянные воронки, бумажные фильтры, желчь, растительное масло. Содержание работы В первой части эксперимента используют две пробирки, в первую из которых наливают желчь и во вторую воду. В каждую пробирку добавляют растительное масло. Содержимое пробирок перемешивают. Налейте в пробирку немного растительного масла, добавьте равный объем желчи, закройте пробирку пальцем и взболтайте. Пробирки ставят в штатив. Через 10–15 мин визуально сравнивают качество растворов в двух пробирках. Во второй части эксперимента две пустые пробирки ставят в штатив. В пробирки вставляют воронки с бумажными фильтрами. Один фильтр смачивают желчью, а другой — водой. В воронки наливают растительное масло. Через 5–10 мин визуально оценивают количество профильтровавшегося в пробирки масла. Оформление протокола 1. Оцените эмульгирующие свойства желчи в пробирках. 2. Объясните механизм различной скорости фильтрации масла через фильтр, смоченный желчью или водой. Контрольные вопросы 1. Методы изучения деятельности слюнных желез, секреторной функции желудка, 12-перстной кишки, кишечника, желчевыделения. 161 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ 2. Методы исследования моторной функции пищеварительного тракта у человека. Электрогастрография. 3. Пищевая мотивация. Физиологические основы голода и насыщения. Функции пищеварительного тракта. 4. Особенности депонирования питательных веществ в организме. 5. Регуляция деятельности пищеварительного тракта. Роль нервных, гуморальных и местных механизмов регуляции. Роль гастроинтестинальных гормонов в регуляции пищеварительных функций, их классификация. 6. Пищеварение в полости рта. Саморегуляция жевательного акта. 7. Состав и физиологическая роль слюны. Слюноотделение, его регуляция. 8. Глотание, его фазы, саморегуляция этого акта. Функциональные особенности пищевода, механизм передвижения пищи по пищеводу. 9. Пищеварение в желудке. Состав и свойства желудочного сока. Регуляция желудочной секреции. Фазы желудочной секреции. 10. Особенности желудочной секреции при переваривании белков, жиров и углеводов. Приспособительный характер желудочной секреции к разным видам пищи и пищевым рационам. 11. Виды моторики желудка. Нейрогуморальная регуляция моторной активности желудка. Механизм порционной эвакуации химуса из желудка в 12-перстную кишку. 12. Пищеварение в 12-перстной кишке. Внешнесекреторная деятельность поджелудочной железы. Состав и свойства сока поджелудочной железы. Регуляция и приспособительный характер панкреатической секреции к разным видам пищи. 13. Роль печени в пищеварении. Регуляция образования желчи, функции желчи, механизм выделения ее в 12-перстную кишку. Дезинтоксикационная функция печени. Особенности кровоснабжения печени. Роль печени в обмене белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных солей и воды. 14. Состав и свойства кишечного сока. Регуляция секреции кишечного сока. 15. Полостной и мембранный гидролиз пищевых веществ в различных отделах тонкой кишки. Моторная деятельность тонкой кишки и ее регуляция. 162 Занятие 19. Секреция и всасывание в органах пищеварения 16. Особенности пищеварения в толстой кишке. Микрофлора толстого кишечника и ее физиологическое значение. 17. Всасывание веществ в различных отделах пищеварительного тракта. Виды и механизмы всасывания веществ, роль ворсинок и микроворсинок во всасывании. 18. Функциональная система, обеспечивающая постоянство питательных веществ в организме. Анализ ее центральных и периферических компонентов. 19. Функциональная система, обеспечивающая акт дефекации. 20. Непищеварительные функции пищеварительного тракта. 21. Функциональная система, поддерживающая оптимальный для метаболизма уровень глюкозы в крови. 163 Занятие 20. Энергетический обмен у человека Теоретические вопросы 1. Метаболизм. Обмен веществ и энергии в организме. 2. Процессы ассимиляции и диссимиляции веществ. Анаболизм и катаболизм, их этапы. 3. Обмен белков, жиров, углеводов и вводно-солевой. 4. Азотистый баланс. Азотистое равновесие. Положительный и отрицательный азотистый баланс. 5. Методы определения энергозатрат. Прямая и непрямая калориметрия. Методы полного и неполного газового анализа. 6. Дыхательный коэффициент и его значение для расчета энергозатрат. Дыхательный коэффициент во время и после физической работы. 7. Основной обмен веществ и энергии, условия его определения. Факторы, определяющие уровень основного обмена. 8. Валовый обмен веществ и энергии. 9. Рабочий обмен веществ и энергии. Энергозатраты организма при различных видах труда. 10. Питание. Закон изодинамии питательных веществ, их усвоение. Основные принципы составления пищевого рациона. 11. Роль витаминов и микроэлементов в обмене веществ. 164 Занятие 20. Энергетический обмен у человека Практические работы Работа 20.1. Определение основного обмена по таблицам Факторами, определяющими величину основного обмена у человека, являются пол, масса тела, возраст, рост. Исходя из этих данных можно рассчитать величину должного основного обмена по таблицам 1 и 2. Цель работы. Рассчитать величину должного основного обмена человека на основании его пола, массы тела, возраста и роста. Оснащение: ростомер, весы, таблицы для расчета основного обмена у мужчин и женщин. Определение должного основного обмена проводят у человека. Содержание работы Определяют массу тела и рост испытуемого. На основании пола, массы тела, роста и возраста по таблицам 1 и 2 определяют величину должного основного обмена. Пример Мужчина 25 лет, рост — 180 см, масса тела — 75 кг. Расчетная таблица состоит из двух частей А и Б. В таблице А находят вес испытуемого — 75 кг и против него — число 1098. По таблице Б находят по горизонтали — возраст 25 лет, по вертикали — рост 180 см и на пересечении линий — число 732. Складывают число таблицы А — 1098 и число таблицы Б — 732. Среднестатистический уровень основного обмена испытуемого должен составлять 1830 ккал/сут. Оформление протокола 1. Указать должный уровень основного обмена обследуемого человека. 2. Каковы причины возможного отклонения должного основного обмена от основного обмена, определенного у обследуемого человека методом прямой калориметрии. 3. Перечислить факторы, влияющие на величину основного обмена. 165 ккал 107 121 135 148 162 176 190 203 217 231 245 258 272 286 300 313 327 Масса тела, кг 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 Масса тела, кг А ккал 672 685 699 713 727 740 754 768 782 795 809 823 837 850 864 878 892 Масса тела, кг 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 1235 40 1249 44 1263 48 1277 52 1290 56 1304 60 1318 64 1332 68 1345 72 1359 76 1373 80 1387 84 1406 88 1414 92 1428 96 1442 100 1455 104 ккал 166 Рост, см -40 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 — 1 — — — 15 55 95 135 175 215 255 295 335 375 415 455 495 535 3 — — — — 0 40 70 110 150 190 230 270 310 350 390 430 470 5 — — — — — 2 10 50 90 130 170 210 250 290 330 370 410 7 — — — — — — — — 40 80 120 160 200 250 300 350 400 9 — — — — — — — — — 30 70 110 160 220 280 330 390 11 — — — — — — — — — — — 60 100 140 180 230 280 13 — — — — — — — — — — — — — 100 140 180 220 15 17 — — — — — — — — — — — — — — 113 153 193 Б Возраст (годы) Таблицы для расчета основного обмена у мужчин — — — — — — — — — — — — — — — 128 168 19 — — — — — — — — — — — — — — — — — 21 — — — — — — — — — — — — — — — — — 23 — — — — — — — — — — — — — — — — — 25 — — — — — — — — — — — — — — — — — 27 Таблица 1 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 341 355 368 382 396 410 424 438 452 465 479 493 507 520 534 548 562 575 589 608 617 630 644 658 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 905 919 933 947 960 974 988 1002 1015 1029 1043 1057 1070 1084 1098 1112 1125 1139 1153 1167 1180 1194 1208 1222 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 — 1469 1483 1497 1510 1524 1538 1552 1565 1579 1593 1607 1620 1634 1648 1662 1675 1689 1703 1717 1730 1744 1758 1772 — 108 112 116 120 124 128 132 136 140 144 148 152 156 160 164 168 172 176 180 184 188 192 196 200 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 575 615 655 695 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 510 450 450 450 330 260 550 500 500 500 380 300 590 540 550 550 430 340 630 580 600 600 480 380 670 630 640 650 530 420 710 680 690 700 580 460 750 720 740 750 630 500 790 770 780 800 680 540 830 810 830 840 720 580 — 860 880 890 760 620 — 900 920 950 820 660 — 940 960 990 860 700 — 970 990 1030 890 740 — 1030 1020 1060 920 780 — — 1060 1100 960 810 — — 1100 1140 1000 840 — — — 1190 1020 860 — — — 1230 1040 880 — — — — 1060 900 — — — — — 920 — — — — — 940 — — — — — — — — — — — — — — — — — — 233 273 313 353 393 433 473 513 553 593 633 673 713 743 773 803 823 843 863 883 903 923 — — 208 248 288 328 368 408 448 488 528 568 608 648 678 708 738 768 788 808 828 848 868 888 908 — — — — — — — — — — — — 619 639 659 679 699 719 739 759 779 799 819 839 859 — — — — — — — — — — — 605 625 645 665 685 705 725 745 765 785 805 825 845 — — — — — — — — — — — 592 612 632 652 672 692 718 732 752 772 792 812 832 — — — — — — — — — — — 578 598 618 638 658 678 698 718 738 758 778 798 818 Занятие 20. Энергетический обмен у человека 167 168 Рост, см 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 84 88 92 96 100 104 108 112 29 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 31 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 33 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 35 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 37 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 39 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 41 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 43 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 45 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — Б Возраст (годы) 47 49 51 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 53 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 55 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 57 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 59 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 61 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 63 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 65 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 67 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 69 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — Таблица 1 (продолжение) НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ 116 120 124 128 132 136 140 144 148 152 156 160 164 168 172 176 180 184 188 192 196 200 — — — — — — — — — 565 585 605 625 645 665 685 705 725 745 765 785 805 — — — — — — — — — 551 571 591 611 631 651 671 691 711 731 751 771 791 — — — — — — — — — 538 558 578 598 618 638 658 678 698 718 738 758 778 — — — — — — — — — 524 544 564 584 604 624 644 664 684 704 724 744 764 — — — — — — — — — 511 531 551 571 591 611 631 651 671 691 711 731 751 — — — — — — — — — 497 517 537 557 577 597 617 637 657 677 697 717 737 — — — — — — — — — 484 504 524 544 564 584 604 624 644 664 684 704 724 — — — — — — — — — 470 490 510 530 550 570 590 610 630 650 670 690 710 — — — — — — — — — 457 477 497 517 537 557 577 597 617 637 657 677 697 — — — — — — — — — 443 463 483 503 523 543 563 583 603 623 643 663 683 — — — — — — — — — 430 450 470 490 510 530 550 570 590 610 630 650 670 — — — — — — — — — 416 436 456 476 496 516 536 556 576 596 616 636 656 — — — — — — — — — 402 422 443 463 483 503 523 543 563 583 603 623 643 — — — — — — — — — 389 409 429 449 469 489 509 529 549 569 589 609 629 — — — — — — — — — 375 395 415 436 456 476 496 516 536 556 576 596 616 — — — — — — — — — 362 382 402 422 442 462 482 502 522 542 562 582 602 — — — — — — — — — 348 368 388 408 428 449 469 489 509 529 549 569 589 — — — — — — — — — 335 355 375 395 415 435 455 475 495 515 535 555 575 — — — — — — — — — 321 341 361 381 401 421 442 462 482 502 522 542 562 — — — — — — — — — 308 328 348 368 388 408 428 448 468 488 508 528 548 — — — — — — — — — 294 314 334 354 374 394 414 434 455 475 495 515 535 Занятие 20. Энергетический обмен у человека 169 ккал 683 693 702 712 721 731 741 751 760 770 779 789 798 808 818 827 837 Масса тела, кг 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 Масса тела, кг А Масса тела, кг ккал 1076 85 1468 40 1085 86 1478 44 1095 87 1487 48 1105 88 1497 52 1114 89 1506 56 1124 90 1516 60 1133 91 1525 64 1143 92 1535 68 1152 93 1544 72 1162 94 1554 76 1172 95 1564 80 1181 96 1573 84 1191 97 1583 88 1200 98 1592 92 1210 99 1602 96 1219 100 1661 100 1229 101 1621 104 ккал 170 Рост, см -344 -328 -312 -296 -280 -264 -248 -232 -216 -200 -184 -168 -152 -136 -120 -104 — 1 -234 -218 -202 -186 -170 -154 -138 -122 -106 -90 -74 -58 -42 -26 -10 -6 22 3 -194 -178 -162 -146 -130 -114 -98 -82 -66 50 -34 -18 -2 12 25 40 56 5 — — — — -134 -118 -102 -86 -70 -54 -38 -22 -6 10 26 42 58 7 — — — — — — -111 -95 -79 -63 -47 -31 -15 1 17 33 54 9 — — — — — — — — -89 -73 -57 -31 -5 19 27 43 62 11 — — — — — — — — — — -66 -50 -34 -18 -2 14 30 13 — — — — — — — — — — — — -43 -27 -11 5 21 15 17 — — — — — — — — — — — — — — -21 -5 11 Б Возраст (годы) Таблицы для расчета основного обмена у женщин — — — — — — — — — — — — — — — -14 2 19 — — — — — — — — — — — — — — — — — 21 — — — — — — — — — — — — — — — — — 23 — — — — — — — — — — — — — — — — — 15 — — — — — — — — — — — — — — — — — 27 Таблица 2 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 846 856 865 875 885 894 904 913 923 932 942 952 961 971 980 990 999 1009 1019 1028 1038 1047 1057 1066 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 1238 1248 1258 1267 1277 1286 1296 1305 1315 1325 1334 1344 1353 1363 1372 1382 1391 1401 1411 1420 1430 1439 1449 1458 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 — 1631 1640 1650 1659 1669 1678 1688 1698 1707 1717 1726 1736 1745 1755 1764 1774 1784 1793 1803 1812 1822 1831 1841 — 108 112 116 120 124 128 132 136 140 144 148 152 156 160 164 168 172 176 180 184 188 192 196 200 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 38 54 70 86 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 72 88 105 126 142 158 174 190 206 — — — — — — — — — — — — — — — 74 90 106 132 148 164 180 196 212 228 244 260 276 282 — — — — — — — — — — 75 91 107 123 138 161 181 197 213 239 255 271 287 293 309 — — — — — — — — — 85 101 117 143 159 175 191 207 228 249 265 281 297 303 313 325 331 — — — — — — — 56 72 98 114 130 146 162 178 194 210 236 252 260 274 290 306 318 328 — — — — — — 37 53 69 85 101 117 133 140 165 181 197 212 227 242 257 271 285 299 313 327 — — — — 27 43 59 75 101 107 123 139 155 171 187 201 215 229 243 255 267 279 291 303 313 322 333 — 18 34 50 66 82 98 114 130 146 162 178 192 206 220 234 246 258 270 282 294 304 314 324 334 — — — — — — — — — — — 183 190 198 205 213 220 227 235 242 250 257 264 272 — — — — — — — — — — — 174 181 188 196 203 211 218 225 233 240 248 255 262 — — — — — — — — — — — 164 172 179 186 194 201 209 216 223 231 238 246 253 — — — — — — — — — — — 155 162 170 177 184 192 199 207 214 221 229 236 244 Занятие 20. Энергетический обмен у человека 171 172 Рост, см 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 84 88 92 96 100 104 108 112 29 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 31 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 33 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 35 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 37 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 39 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 41 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 43 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 45 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — Б 47 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 49 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 51 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — Возраст (годы) 53 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 55 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 57 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 59 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 61 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 63 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 65 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 67 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 69 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — Таблица 2 (продолжение) НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ 116 120 124 128 132 136 140 144 148 152 156 160 164 168 172 176 180 184 188 192 196 200 — — — — — — — — — 146 153 160 168 175 183 190 197 204 215 220 227 234 — — — — — — — — — 136 144 151 158 166 173 181 188 195 203 210 218 225 — — — — — — — — — 127 134 142 149 156 164 171 179 186 193 201 208 216 — — — — — — — — — 117 125 132 140 147 154 162 169 177 184 191 199 206 — — — — — — — — — 108 116 123 130 138 145 153 160 167 175 182 190 197 — — — — — — — — — 99 106 114 121 128 136 143 151 158 165 173 180 188 — — — — — — — — — 89 97 104 112 119 126 134 141 149 156 163 171 179 — — — — — — — — — 80 87 95 102 110 117 123 132 139 147 154 161 169 — — — — — — — — — 71 78 86 93 100 108 115 124 130 137 145 152 160 — — — — — — — — — 61 69 76 84 91 98 106 113 121 128 135 143 150 — — — — — — — — — 52 59 67 74 82 89 96 104 111 119 126 133 141 — — — — — — — — — 43 50 57 65 72 80 87 94 102 109 117 124 131 — — — — — — — — — 33 41 48 56 63 70 78 85 93 100 107 115 122 — — — — — — — — — 24 31 39 46 54 61 68 76 83 91 98 105 113 — — — — — — — — — 15 22 29 37 44 52 59 66 74 81 89 96 103 — — — — — — — — — 5 13 20 27 35 42 50 57 64 72 79 87 94 — — — — — — — — — -4 3 11 18 26 33 40 48 55 63 70 77 85 — — — — — — — — — -13 -6 1 9 17 24 31 38 46 53 61 68 75 — — — — — — — — — -23 -15 -8 -1 -7 14 22 29 36 44 51 59 66 — — — — — — — — — -32 -25 -17 -10 -3 5 12 20 27 34 42 49 57 — — — — — — — — — -41 -34 -27 -19 -12 -4 3 10 18 25 33 40 47 Занятие 20. Энергетический обмен у человека 173 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Работа 20.2. Определение соответствия основного обмена человека среднестатистическому уровню основного обмена по гемодинамическим показателям Протекающие в организме метаболические процессы сопровождаются теми или иными изменениями со стороны деятельности внутренних органов и, в частности, со стороны сердечно-сосудистой системы. Зная частоту пульса и величину артериального давления испытуемого, можно определить отклонение основного обмена от нормы по формуле или номограмме Рида. Цель работы. Определить соответствие основного обмена среднестатистическому уровню по гемодинамическим показателям. Оснащение: тонометр, секундомер, номограмма Рида. Отклонение основного обмена определяют у человека. Содержание работы У испытуемого определяют частоту пульса, измеряют артериальное давление при соблюдении условий, необходимых для определения основного обмена (положение лежа, натощак, в состоянии физического и психического покоя, при комфортной температуре) и рассчитывают пульсовое давление. А. Расчетный метод с использованием формулы Рида. На основании частоты пульса и уровня пульсового давления у испытуемого проводят вычисление по формуле: 0,75 × (частота пульса + пульсовое давление × 0,74) – 72. Полученная величина отражает отклонение основного обмена от нормы в процентах. 174 Рис. 1. Номограмма Рида Занятие 20. Энергетический обмен у человека Б. Использование номограммы Рида. Значение частоты пульса сопоставляется со значением пульсового давления на номограмме Рида (рис. 1). Точка пересечения со средней линией показывает величину отклонения основного обмена от нормы в процентах. Отклонение в пределах ±10% считается нормальным. Оформление протокола 1. Оцените полученные результаты. 2. Сравните результаты, полученные расчетным методом и методом использования номограммы Рида. Работа 20.3. Определение расхода энергии методом неполного газового анализа Определение расхода энергии производят методом неполного газового анализа по количеству поглощенного кислорода в единицу времени. С помощью спирометаболографа, который работает по принципу закрытой системы, измеряют интенсивность поглощения кислорода. Гофрированный мешок прибора заполняют кислородом. Испытуемый вдыхает кислород из прибора через трубку с загубником и клапаном. Выдыхаемый воздух возвращается в прибор. Углекислый газ, содержащийся в выдыхаемом воздухе, поглощается натронной известью и удаляется из выдыхаемого воздуха до возвращения в спирометаболограф. В соответствии с ритмом дыхания регистрируется кривая дыхательных движений, называемая спирограммой, которая по мере постепенного расходования кислорода равномерно смещается. Потребление кислорода за 1 мин определяют по наклону спирограммы. Высота сдвига кривой соответствует количеству поглощенного кислорода. Для определения интенсивности обмена объем поглощенного кислорода за 1 мин умножают на калорический эквивалент кислорода, равный 4,8 ккал при окислении в организме Рис. 2. Спирограмма 175 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Рис. 3. Спирограммы четырех человек 176 Занятие 20. Энергетический обмен у человека смешанной пищи. Зная величину обмена за 1 мин, можно рассчитать энергозатраты человека за любой промежуток времени. О2 — объем поглощенного кислорода. При поглощении 1 л O2 спирограмма смещается на 6 делений вверх; t — время; а — величина сдвига спирограммы за 1 мин, соответствует поглощению 0,5 л О2. Пример расчета энергозатрат по спирограмме За 1 мин энергозатраты составляют 4,8 ккал × 0,5 = 2,4 ккал. За 1 ч — 2,4 ккал × 60 = 144 ккал. За 1 сут — 144 ккал × 24 = = 3456 ккал. Цель работы. Определить энергозатраты методом неполного газового анализа по спирограммам. Оснащение: спирометаболограф, спирограммы. Расход энергии определяют у человека. Содержание работы Определяют суточный расход энергии по четырем спирограммам (рис. 3). Спирограммы предоставлены Н. Климиной. Оформление протокола 1. Запишите основы метода измерения энергозатрат человека по количеству потребленного О2. 2. Оцените уровень энергозатрат у четырех обследованных людей. Работа 20.4. Расчет энергозатрат по таблице Величина рабочей прибавки энергозатрат организма находится в прямо пропорциональной зависимости от тяжести физической нагрузки. Суточный расход энергии испытуемого является основой при составлении его пищевого рациона, так как калорийность пищевого рациона должна полностью возмещать энергетические затраты организма с учетом усвояемости пищи. Цель работы. Научиться определять суточный расход энергии по таблице уровня энергозатрат при различных видах деятельности. Оснащение: таблица расхода энергии на 1 кг массы тела за 1 ч при различных видах деятельности. Суточный расход энергии определяют у человека. 177 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Таблица 3 Расход энергии на 1 кг массы тела человека за 1 ч при различной деятельности и функциональных состояниях Вид работы или функциональное состояние человека ккал Пребывание в состоянии сна 0,9 Одевание, умывание 2,0 Принятие пищи 1,4 Проведение физических упражнений 4,0 Быстрая ходьба, например, на работу или учебу 4,0 Запись лекций в положении сидя 1,5 Выполнение лабораторных работ в положении сидя 2,4 Выполнение домашнего задания 1,4 Чтение про себя в положении сидя 1,3 Чтение вслух в положении сидя 1,5 Прогулка медленная 2,7 Шитье, вязание 1,4 Мытье посуды 1,4 Глаженье белья 1,9 Стирка, мытье пола 3,4 Пребывание в стоячем положении в транспорте 1,6 Чистка обуви 2,4 Приготовление пищи 2,4 Выбивание и чистка ковров 3–4,8 Игра на пианино, скрипке, флейте 2,2 Вождение автомашины 2,4 Езда на велосипеде 9,0 Игра в волейбол 3,0 Игра в теннис 6,1 Игра в футбол 8,5 Бег трусцой со скоростью 8 км/ч 8,1 Плавание 7,1 Катание на коньках 10,0 178 Занятие 20. Энергетический обмен у человека Содержание работы Составляют список деятельности и функциональных состояний обследуемого человека за один день с помощью таблицы 3. Список записывают в таблицу 4 с указанием длительности видов деятельности и состояний. Напротив каждого пункта таблицы 4 указывают расход энергии на 1 кг массы тела человека за 1 ч, пользуясь данными таблицы 3. Затем вычисляют энергозатраты всего организма человека за все время данной деятельности или функционального состояния. Для этого показатель таблицы 3 умножают на массу тела и на продолжительность указанной деятельности или состояния. Суммарная продолжительность всех видов деятельности и функциональных состояний, указанная во второй колонке, должна составить 24 ч. Уровень энергозатрат за все время деятельности испытуемого, указанный в четвертой колонке, составят энергозатраты обследуемого человека за сутки. Таблица 4 Расход энергии обследуемого человека на различные виды деятельности и во время различных функциональных состояний в течение дня Вид деятельности и функциональное состояние Итого Длительность Энергозатрадеятельности ты за 1 ч на или состоя1 кг массы ния (ч) тела (ккал) Энергозатраты испытуемого за время деятельности или пребывания в определенном состоянии (ккал) 24 Оформление протокола 1. Заполните таблицу 4. 2. Сделайте вывод о величине суточного расхода энергии, сравнивая эту величину с основным обменом. 179 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Работа 20.5. Определение содержания жировой ткани в организме человека Интенсивность метаболизма, уровень энергозатрат организма, дыхательный коэффициент, а также другие параметры зависят от вида окисляемых в ходе биохимических реакций питательных веществ: белков, жиров и углеводов. Определение содержания жировой ткани в организме испытуемого позволяет оценить указанные параметры, состояние здоровья испытуемого, сбалансированность его пищевого рациона. С помощью прибора OMRON BF 302 можно определить общее количество и процентное содержание жировой ткани в организме человека. Принцип работы прибора основан на анализе биоэлектрического сопротивления тканей при пропускании через тело человека слабого постоянного электрического тока. Электропроводность жировой ткани близка к нулю, а другие ткани организма человека имеют высокую электропроводность. Зная электропроводность тела, состоящего из различных тканей, можно определить количество в организме жировой ткани. Кроме этого, показания прибора OMRON BF 302 зависят от содержания жидкости в организме и степени плотности костной ткани. Поэтому точных результатов о количестве в организме жировой ткани нельзя получить при тестировании детей, людей пожилого возраста, отечности, остеопорозе, беременности. Нельзя пользоваться прибором OMRON BF 302 сразу после тяжелой физической нагрузки или после бани (сауны), а также после приема пищи или питья большого количества жидкости, во время menses. Во всех этих состояниях показания прибора искажаются измененным количеством воды в организме. Цель работы. Научиться определять количество жировой ткани в организме человека. Оснащение: прибор OMRON BF 302. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Для осуществления измерения необходимо ввести в прибор OMRON BF 302 персональные данные в следующей последовательности: рост, масса тела, возраст, пол. Установка данных испытуемого 180 Занятие 20. Энергетический обмен у человека осуществляется кнопкой “SET” (“установить”), а кнопки “ź/Ÿ” (“меньше/больше”) служат для введения самих величин, в том числе и для установки номера обследуемого человека (от 1 до 9) при необходимости. 1. Включают прибор OMRON BF 302 кнопкой “0/1” (“ВКЛ/ ВЫКЛ”). В течение 1 с прибор высветит все символы, затем появятся нули. 2. Величину роста испытуемого вводят в прибор. Для этого нажимают кнопку “SET”. На дисплее начинает мигать число 160. Используя кнопки “ź/Ÿ”, устанавливают величину роста в пределах от 100 до 200 см. При этом шаг изменения роста составляет 0,5 см. 3. Величину веса тела испытуемого вводят в прибор. Для этого нажимают кнопку “SET” для переключения прибора в режим установки веса тела. На дисплее начинает мигать число 60. Используя кнопки “ź/Ÿ”, устанавливают вес тела в пределах от 10 до 200 кг. При этом шаг изменения веса тела составляет 0,2 кг. 4. Возраст испытуемого вводят в прибор. Для этого нажимают кнопку “SET”, чтобы переключить прибор в режим установки возраста. На дисплее начнет мигать число 40. Используя кнопки “ź/Ÿ”, устанавливают возраст в пределах от 10 до 80 лет. При этом шаг изменения возраста составляет 1 год. 5. Пол испытуемого вводят в прибор. Для этого нажимают кнопку “SET”, чтобы переключить прибор в режим установки пола. На дисплее начинает мигать слово “MALE” (“МУЖЧИНА”). При необходимости, используя кнопки “ź/Ÿ”, вводят слово “FEMALE” (“ЖЕНЩИНА”). После нажатия кнопки “SET” в очередной раз заканчивается введение в прибор антропометрических параметров испытуемого. При измерении необходимо правильно держать прибор. 1. Необходимо занять положение стоя, ноги на ширине плеч, руки в локтях прямые, вытянуты под прямым Рис. 4. Позиция обследуемого чеуглом к линии тела (рис. 4). ловека при измерении 181 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ 2. Необходимо крепко сжать электроды. Для этого следует обхватить средним пальцем желобок на рукоятке, большим и указательным пальцами — верхнюю часть электрода и безымянным пальцем и мизинцем — нижнюю часть электрода (рис. 5). 3. При измерении необходимо стоять спокойно, не шевелиться. Рис. 5. Позиция пальцев при фиксации прибора в руке Измерение проводится следующим образом. Нажимают кнопку “START” (“Начало”). На дисплее начинает мигать слово “READY” (“Готов”). Встают в правильную позу и тщательно обхватывают электроды двумя руками. Прибор автоматически начинает работать. На дисплее появляется слово “START”. В процессе тестирования высвечивается бегущая шкала, которая состоит из 12 сегментов, загорающихся слева направо по 3 сегмента. При окончании измерения на дисплее высвечиваются результаты измерения. Для повторения измерения нажимают кнопку “START” и повторяют предыдущие действия. Для выключения прибора нажимают кнопку “0/1”. Содержание жировой ткани в организме обследуемого человека оценивают в соответствии с величиной отклонения полученного результата от нормы (табл. 5). Таблица 5 Оценка содержания жировой ткани в организме человека Телосложение Худой Нормальный Полный Тучный Очень тучный 182 Мужчина < 10% 10–20% 20–25% 25–30% > 30% Женщина < 20% 20–30% 30–35% 35–40% > 40% Занятие 20. Энергетический обмен у человека Оформление протокола 1. Опишите принцип измерения количества жировой ткани в организме человека. 2. Оцените содержание жировой ткани в организме обследуемого человека. Работа 20.6. Определение рабочего обмена по объему выдыхаемого воздуха Интенсивность энергозатрат организма в первую очередь определяется интенсивностью физической нагрузки испытуемого. Величина энергозатрат рабочего обмена превышает уровень основного обмена на величину рабочей прибавки. Величина рабочей прибавки прямо пропорциональна тяжести физической нагрузки. Физическая активность человека увеличивает уровень потребления кислорода организмом для обеспечения возросшей интенсивности метаболизма. Прямо пропорционально потреблению кислорода усиливается дыхание, в том числе объем вентиляции легких и частота дыхательных движений. Таким образом, используя показатели дыхания, можно косвенно оценить уровень энергозатрат организма. Цель работы. Определить уровень рабочего обмена по частоте дыхания. Оснащение: секундомер. Измерение проводят на человеке. Содержание работы У спокойно сидящего испытуемого подсчитывают частоту дыхания. Затем определяют частоту дыхания у испытуемого после дозированной физической нагрузки в виде 20 приседаний. Энергозатраты человека в покое и при работе рассчитывают по формуле: М = 0,198 × (ЧД – 3,06), где М — расход энергии (ккал/мин); ЧД — частота дыхания (цикл/ мин). Оформление протокола 1. Описать взаимосвязь между уровнем энергозатрат организма и интенсивностью процессов дыхания. 183 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ 2. Сравните уровень энергозатрат обследуемого человека в покое и после физической нагрузки. Работа 20.7. Составление суточного пищевого рациона Калорическая ценность суточного рациона человека должна покрывать его энергетические затраты. Наилучшим режимом питания является четырехразовый прием пищи. Первый утренний завтрак должен содержать 30–35% всего суточного рациона, второй завтрак — 15–20%, обед 35–40% и ужин — 30–35%. Продукты, богатые белком (мясо, рыба, яйца), рациональнее использовать для завтраков и обеда. На ужин следует оставлять молочно-растительные блюда. Не менее 1/3 белков и жиров должно поступать в организм в виде продуктов животного происхождения. Наряду с этим в пищевой рацион должны входить витамины, минеральные соли и вода. Цель работы. Научиться составлять суточный пищевой рацион человека. Оснащение: таблицы для составления пищевого рациона. Пищевой рацион составляется для обследуемого человека. Содержание работы Пользуясь таблицами 7, 8 и 9, составляют суточный пищевой рацион и представляют его в виде таблицы 6. Таблица 6 Суточный рацион обследуемого студента Режим Название Вес, питания продукта г Первый завтрак Второй завтрак Обед Ужин Общее количество 184 Содержание в выбранных про- Калорийдуктах, г ность, ккал белков жиров углеводов Занятие 20. Энергетический обмен у человека Таблица 7 Рекомендуемые средние величины потребления питательных веществ в зависимости от возраста Жиры Углеворасти- ды, г/сут тельные, г/сут Возраст Энергия, ккал Белки, всего, г/сут Белки животные, г/сут Жиры, всего, г/сут 1–3 года 1540 4–6 лет 1970 53 37 53 5 212 68 44 68 10 272 7–10 лет 2300 79 47 79 16 315 11–13 лет 2700 (2450)* 93 (85) 56 (51) 93 (85) 19 (17) 370 (340) 14–17 лет 2900 (2600) 100 (90) 60 (54) 100 (90) 20 (18) 400 (360) 18–59 лет 3100 (2800) 106 (97) 68 (59) 106 (97) 22 (19) 420(370) 60–74 года 2300 (2100) 69 (63) 38 (35) 77 (70) 58 (53) 333 (305) более 75 лет 2000 (1900) 60 (57) 33 (31) 67 (63) 49 (45) 290 (275) * — в скобках приведены величины, рекомендуемые для женщин Таблица 8 Рекомендуемые средние величины потребления энергии и количество питательных веществ в сутки для взрослого трудоспособного населения в зависимости от интенсивности труда Группа I группа Работники преимущественно умственного труда Возраст Энергия, ккал Белки, всего, г 18–29 30–39 40–59 2800 2700 2550 81 88 83 18–29 30–39 40–59 2400 2300 2200 78 75 72 Белки животные, г Мужчины 50 48 46 Женщины 43 41 40 Жиры, г Углеводы, г 103 99 93 378 365 344 88 84 81 324 310 297 185 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ II группа Работники 18–29 легкого фи- 30–39 зического 40–59 труда 3000 2900 2750 18–29 30–39 40–59 2550 2450 2350 III группа Работники среднего по тяжести физического труда 18–29 30–39 40–59 3200 3100 2950 18–29 30–39 40–59 2500 2700 2600 IV группа Работники тяжелого физического труда 18–29 30–39 40–59 3700 3600 3450 18–29 30–39 40–59 3150 3050 2900 Мужчины 49 48 45 Женщины 77 42 74 41 70 39 Мужчины 96 53 93 51 88 48 Женщины 81 45 78 43 75 41 Мужчины 102 56 99 54 95 52 Женщины 48 87 46 84 44 80 90 87 82 110 106 101 412 399 378 93 90 86 351 337 323 117 114 108 440 426 406 99 95 92 371 358 344 136 132 126 518 504 483 116 112 106 441 427 406 Состав и калорийность пищевых продуктов Наименование продукта Крупа: гречневая манная пшенная Рис Макароны Горох Фасоль Хлеб ржаной 186 Таблица 9 Белки в 100 г Жиры в 100 г Углеводы в 100 г Калорийность 100 г продукта 12,5 11,2 12,0 7,6 11,0 22,4 23,2 6,9 2,5 0,8 2,5 1,0 0,9 2,4 2,1 0,9 67,4 73,3 69,6 75,8 74,2 54,1 53,8 42,8 350,8 353,9 357,8 351,3 357,7 335,9 335,2 222,2 Занятие 20. Энергетический обмен у человека Хлеб пшеничный Картофель Морковь Свекла Капуста свежая Капуста квашеная Лук зеленый Лук репчатый Арбузы Дыни Огурцы свежие Огурцы соленые Томаты Апельсины Виноград Вишня Лимоны Мандарины Яблоки Редис Абрикосы свежие Абрикосы сушеные Земляника садовая Изюм без косточек Клюква Крыжовник Малина Сливы Смородина красная Смородина черная Чернослив сушеный Соки: абрикосовый апельсиновый вишневый виноградный сливовый Сахар-рафинад Мед пчелиный 8,1 2,0 1,3 1,5 1,8 1,0 1,3 2,5 0,6 0,7 1,0 0,5 1,0 0,9 0,7 1,0 0,6 0,9 0,5 1,0 0,5 3,2 0,9 2,5 0,3 0,9 0,9 0,6 0,9 0,9 3,4 0,9 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 47,0 20,0 8,7 10,4 5,3 2,1 4,4 10,5 9,0 11,3 2,4 1,2 3,8 9,1 16,2 14,3 10,3 10,0 11,2 4,2 11,0 69,0 8,9 61,0 8,6 10,4 9,2 12,6 10,1 12,1 62,1 234,2 90,2 41,0 48,8 29,1 12,7 23,4 53,3 39,4 49,2 13,9 7,0 19,7 41,0 69,3 62,7 44,7 44,7 48,0 21,0 47,1 294,4 39,7 260,3 36,1 45,9 41,1 54,1 44,8 52,9 268,6 0,4 0,6 0,6 0,3 0,3 — 0,4 — — — — — — — 14,4 13,8 13,2 18,1 16,5 99,9 77,3 60,6 59,0 56,6 75,1 68,9 409,6 318,1 187 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Шоколад Какао Конфеты “мишка” Пастила Халва Печенье Варенье яблочное Варенье земляничное Масло подсолнечное Молоко коровье Масло сливочное Кефир Простокваша Сметана Творожная масса Творог жирный Мороженое сливочное Сыр 45% жирности Сыр плавленый Мясо говяжье Баранина Свинина Гусь Курица Мясо кролика Печенка говяжья Ветчина Мясо индейки Колбаса любительская Колбаса полукопченая Сосиски Яйца Сало Вобла вяленая Морской окунь Лещ Судак Треска Икра красная 188 6,3 23,6 4,8 — 14,1 10,2 0,4 0,4 — 3,4 0,5 3,5 3,5 3,0 12,5 15,0 4,0 22,5 22,5 20,0 19,0 23,5 16,5 20,0 20,4 18,1 16,1 23,3 13,7 15,5 12,4 12,5 2,0 45,1 17,8 16,8 19,0 17,6 31,6 37,2 20,2 29,8 — 29,4 14,3 — — 99,8 3,7 83,5 3,5 3,5 30,0 16,0 18,0 10,0 25,0 20,0 10,7 5,9 10,0 29,0 5,0 7,2 4,1 31,5 7,6 27,9 35,3 19,4 12,0 91,0 6,4 5,2 7,6 0,8 0,4 13,8 53,2 40,2 56,8 81,8 43,4 64,3 65,9 72,5 — 4,5 0,5 4,3 4,3 2,5 15,0 1,0 17,0 3,5 3,0 — — — — — — 2,9 — — — — 0,4 0,5 — 12,7 1,2 1,0 1,3 1,2 7,7 589,9 449,4 529,9 334,2 508,9 390,4 217,7 298,6 928,1 66,8 780,7 64,5 64,5 301,6 261,6 233,0 179,1 339,1 290,6 181,5 132,8 189,4 337,4 128,5 150,7 123,7 395,2 166,6 315,6 392,3 232,9 164,9 854,5 244,4 124,2 139,6 85,3 75,9 257,9 Занятие 20. Энергетический обмен у человека Сом Сельдь полярная Судак (консервы в томате) Икра баклажанная Перец фаршированный Горошек зеленый свежий Баклажаны Кабачки Томат-паста 30% Томатный сок Фасоль стручковая Петрушка Репа Сельдерей 16,5 19,6 22,8 3,4 24,5 2,4 1,0 12,4 0,2 99,6 308,2 116,6 1,7 1,6 4,9 13,0 6,6 — 7,5 11,6 10,3 158,6 115,5 62,2 1,0 0,5 4,1 0,9 2,2 1,4 1,0 1,1 — — — — — — — — 4,25 3,9 17,7 3,1 5,4 9,1 6,4 10,3 21,4 18,0 89,2 16,0 31,5 43,2 30,1 46,5 Контрольные вопросы 1. Обмен веществ и энергии в организме. Ассимиляция и диссимиляция. Анаболизм и катаболизм. Обмен белков, жиров, углеводов и водно-солевой. Азотистый баланс. 2. Методы изучения обмена энергии в организме: прямая и непрямая калориметрия. Методы полного и неполного газового анализа. Характеристика дыхательного коэффициента и калорического эквивалента кислорода. Дыхательный коэффициент во время и после физической работы. 3. Основной обмен веществ и энергии, условия его определения. Факторы, определяющие уровень основного обмена. Специфическое динамическое действие пищи. Закон поверхности тела М. Рубнера. 4. Рабочий обмен веществ и энергии. Энергозатраты организма при различных видах труда. 5. Питание: пластическая и энергетическая ценность питательных веществ. Закон изодинамии питательных веществ. Усвоение питательных веществ. Роль витаминов и микроэлементов в питании. Основные принципы составления пищевого рациона. Нормы питания человека в разных профессиональных группах. 189 Занятие 21. Терморегуляция Теоретические вопросы 1. Постоянство температуры внутренней среды организма как необходимое условие протекания метаболических процессов. 2. Температура тела человека и ее суточные колебания. 3. Температурная схема тела. Термометрия. 4. Теплопродукция. Обмен веществ как источник образования тепла. 5. Роль отдельных органов и тканей в теплопродукции. Регуляция теплопродукции. 6. Теплоотдача. Пути отдачи тепла и их регуляция. 7. Роль потовых желез в процессах терморегуляции. 8. Функциональная система, обеспечивающая постоянство температуры внутренней среды организма. Анализ ее центральных и периферических компонентов. 9. Терморегуляция при высокой и низкой температуре окружающей среды. Гипо- и гипертермия. 10. Физиологические основы закаливания организма. Практические работы Работа 21.1. Исследование кожной температурной чувствительности Терморецепция осуществляется кожными рецепторами и рецепторами внутренних органов. Они обеспечивают контроль за изменениями температурного режима для поддержания оптимальной температуры тела человека. 190 Занятие 21. Терморегуляция Терморецепторы кожи делят на холодовые и тепловые. Холодовые рецепторы более многочисленны, практически равномерно располагаются в коже на глубине 0,17 мм. Количество тепловых рецепторов меньше, они располагаются в коже на глубине 0,3 мм. Холодовые рецепторы активируются при падении температуры, их частота импульсации возрастает, а при подъеме температуры частота импульсации падает. Тепловые рецепторы реагируют противоположным образом на изменение температуры. Холодовые рецепторы иннервируются волокнами АG, а тепловые — С-волокнами. Активация холодовых рецепторов направлена на запуск исполнительных механизмов для защиты от переохлаждения, а тепловых — от перегревания организма. Цель работы. Исследовать кожную температурную чувствительность. Оснащение: термоэстезиометр, грелки с холодной (5–10 °С) и теплой (40–45 °С) водой. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Термоэстезиометр — это конусообразный сосуд, в вершину которого впаян стержень из металла с высокой теплопроводностью. Термоэстезиометр заполняют сначала теплой (40–45 °С), а затем холодной (5–10 °С) водой. На исследуемом участке кожи обследуемого человека рисуют квадрат площадью 1 см2. К участкам кожи внутри квадрата прикасаются нагретым или охлажденным стержнем термоэстезиометра в течение времени, необходимого для ответа испытуемого о температуре стержня. Прикосновение наносят по зигзагообразной линии, начиная от левого верхнего угла квадрата. Обследуемый человек каждый раз чувствует прикосновение стержня и иногда его температуру. Обследуемый человек сообщает экспериментатору только о своих ощущениях холода или тепла либо отсутствии температурных ощущений. По результатам каждого из 25 прикосновений определяют количество холодовых, а затем число тепловых точек на 1 см2 кожи. Полученные данные записывают в таблицу. Исследование повторяют после 2–3-минутного прикладывания к тому же участку кожи грелки с холодной, а потом горячей водой. 191 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Таблица 1 Изменение количества функционирующих терморецепторов при нагревании и охлаждении поверхности тела Область исследования Количество точек скопления терморецепторов на 1 см2 кожи холодовых тепловых 2 1. Участок кисти руки (1 см ) 2. Тот же участок после холодовой нагрузки 3. Тот же участок после тепловой нагрузки Оформление протокола 1. Зарисовать термоэстезиометр. 2. Записать количество холодовых и тепловых точек на коже обследуемого человека при обычном температурном режиме, при нагревании и охлаждении (табл. 1). 3. Сделать вывод о причинах изменения количества функционирующих терморецепторов при нагревании и охлаждении поверхности тела. 4. Объяснить механизмы функциональной мобильности рецепторов. Работа 21.2. Адаптация температурных рецепторов кожи к действию высокой и низкой температуры В определенном диапазоне температур, при постоянном воздействии температурного стимула, нагревание или охлаждение вызывают возникновение кратковременного чувства тепла или холода и происходит адаптация температурной чувствительности к новой температуре. Температурные ощущения, формирующиеся при локальном изменении температуры кожи, определяются преимущественно исходной температурой кожи, скоростью изменения температуры, площадью кожи, на которую действует температурный стимул. Цель работы. Изучить адаптацию температурных рецепторов кожи к действию высокой и низкой температуры. Исследовать субъ- 192 Занятие 21. Терморегуляция ективность восприятия термоощущений в зависимости от исходного температурного режима поверхности тела человека. Оснащение: емкости с водой различной температуры, термометр, секундомер. Исследование проводят на человеке. Содержание работы В трех емкостях находится вода с температурой 10, 25 и 40 °С. Обследуемый человек опускает кисть правой руки в емкость с водой температуры 10 °С и кисть левой руки в емкость с водой температуры 40 °С. Определяют время адаптации терморецепторов, в течение которого ощущение тепла или холода ослабевает. Затем руки одновременно вынимают и опускают их в емкость с водой температуры 25 °С. О возникающих при этом ощущениях в левой и правой руке обследуемый человек сообщает экспериментатору. Оформление протокола 1. Указать время адаптации температурных рецепторов к холоду и теплу. 2. Описать ощущения обследуемого человека при переносе рук из холодной и горячей воды в теплую воду. 3. Объяснить механизм изменения специфичности термочувствительности кожи на основе свойства адаптации терморецепторов. Контрольные вопросы 1. Температура тела человека и ее суточные колебания. Тепловой баланс гомойотермного организма. Температурная схема тела человека. Методы измерения температуры тела человека. 2. Механизмы теплопродукции. Обмен веществ как источник образования тепла. Роль отдельных органов в теплопродукции и регуляция этого процесса. 3. Механизмы теплоотдачи. Способы отдачи тепла организмом. Физиологические механизмы теплоотдачи. 4. Функциональная система, поддерживающая оптимальную для метаболизма температуру тела. Анализ ее центральных и периферических компонентов. 5. Терморегуляция при высокой и низкой температуре окружающей среды. Гипо- и гипертермия. 193 Занятие 22. Процессы выделения Теоретические вопросы 1. Внутренняя среда организма. Водные пространства организма: внутриклеточная и внеклеточная вода. 2. Водный баланс организма. Гипергидратация и дегидратация. Осмометрия плазмы крови в клинической практике. 3. Пути выделения осмотически активных и осмотически неактивных продуктов метаболизма организма. Роль процессов выделения в поддержании осмотического давления жидкостей внутренней среды. 4. Особенности кровоснабжения почки. Показатели и механизмы поддержания постоянства почечного кровотока. 5. Морфофизиологические особенности нефрона. 6. Физиологические механизмы мочеобразования: фильтрация, реабсорбция, секреция. Концентрационная функция почек. 7. Процессы реабсорбции в нефроне: постоянная и регулируемая реабсорбция в канальцах нефрона и собирательных трубках, поворотно-противоточный механизм петли нефрона. 8. Оценка деятельности почек: определение величины фильтрации, почечного клиренса веществ, концентрационной способности почек. 9. Нервная и гуморальная регуляция мочеобразования. Взаимодействие ренин-ангиотензиновой системы и предсердного натрийуретического фактора для поддержания постоянства осмотического давления. 10. Выведение мочи. 11. Механизмы формирования жажды. Потребность в воде и характер питания. 12. Функциональная система поддержания постоянства осмотического давления плазмы крови. 194 Занятие 22. Процессы выделения Практические работы Работа 22.1. Оценка анализов мочи Общий анализ мочи — одно из первых и непременных исследований при обращении к врачу. Анализ включает оценку физикохимических характеристик мочи и микроскопическое исследование осадка. Оценивают цвет и прозрачность мочи, определяют удельную плотность, кислотность, содержание белка, глюкозы, билирубина, кетоновых тел, наличие эритроцитов и лейкоцитов. Цель работы. Используя знания о физиологических механизмах работы почек, по анализу мочи оценить процессы мочеобразования и выявить возможные нарушения этих процессов. Оснащение: заполненные бланки анализов мочи (табл. 1). Содержание работы Для оценки процессов мочеобразования сравнивают показатели анализов с нормальными показателями и определяют отличающиеся от нормы показатели. Делают предположения о возможных причинах нарушения работы почек или об отклонениях от нормы гомеостатических показателей организма. Таблица 1 Общие анализы мочи 5 человек Анализ 1 Диурез Относительная плотность г/л Цвет Прозрачность Реакция Белок Глюкоза Кетоновые тела 2800 мл 1009 бледно-желтый прозрачная слабощелочная нет нет нет Анализ 2 Диурез Относительная плотность г/л Цвет Прозрачность 600 мл 1037 бледно-желтый прозрачная 195 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Реакция Белок Глюкоза Кетоновые тела слабощелочная 33 г/л нет нет Анализ 3 Диурез 420 мл Относительная плотность г/л 1020 Цвет насыщенно-желтый Прозрачность мутная Реакция щелочная Белок 2 г/л Глюкоза нет Кетоновые тела нет Микроскопия осадка: лейкоциты 12 в поле зрения; клетки переходного эпителия Анализ 4 Диурез 1000 мл Относительная плотность г/л 1036 Цвет соломенно-желтый Прозрачность неполная Реакция щелочная Белок нет Глюкоза 3 г/л Кетоновые тела реакция положительная Дополнительные данные: глюкоза крови 21 ммоль/л Анализ 5 Диурез 1900 мл Относительная плотность г/л 1019 Цвет бледно-желтый Прозрачность полная Реакция основная Белок нет Глюкоза 1,5 г/л Кетоновые тела нет Дополнительные данные: глюкоза крови 3,8 ммоль/л 196 Занятие 22. Процессы выделения Оформление протокола 1. Переписать 5 вариантов общего анализа мочи. 2. Отметить измененные параметры в анализах мочи. 3. Сделать предположения о возможных нарушениях механизмов образования мочи в почках для всех 5 случаев. Работа 22.2. Методы оценки экскреторной функции почек Методы исследования выделительной функции почек позволяют количественно оценить интенсивность и регуляцию процессов мочеобразования. Величина осмотической концентрации мочи и концентрационный коэффициент позволяют судить о способности почек концентрировать мочу. Величину минутной клубочковой фильтрации можно определить по клиренсу креатинина. Участие почек в поддержании количества воды и осмотически активных веществ в организме оценивается по осмотическому клиренсу и почечному очищению от натрия. По соотношению содержания натрия в плазме крови и моче можно оценить деятельность гуморальных регуляторных механизмов мочеобразования. Цель работы. Познакомиться с расчетными методами оценки экскреторной функции почек, базирующихся на результатах клинических анализов мочи и крови. Оснащение: результаты анализов мочи и крови. Содержание работы Исходными параметрами для оценки выделительной функции почек являются анализы мочи и крови обследуемых людей. Обследуемый И-в. Относительная плотность мочи — 1015 г/л; осмотическая концентрация плазмы — 285 мосмоль/л; концентрация креатинина в плазме крови (Ркреат) — 0,095 ммоль/л, концентрация креатинина в моче (Uкреат) — 11,4 ммоль/л; концентрация натрия в плазме крови (РNa) — 130 ммоль/л, концентрация натрия в моче (UNa) — 130 ммоль/л; минутный диурез — 1,2 мл/мин. Обследуемый П-в. Относительная плотность мочи — 1018 г/л; осмотическая концентрация плазмы — 290 мосмоль/л; концентрация креатинина в плазме крови (Ркреат) — 0,107 ммоль/л, концентрация креатинина в моче (Uкреат) — 12,5 ммоль/л; концентрация натрия 197 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ в плазме крови (РNa) — 142 ммоль/л, концентрация натрия в моче (UNa) — 82 ммоль/л; минутный диурез — 1,5 мл/мин. Обследуемый С-е. Относительная плотность мочи — 1027 г/л; осмотическая концентрация плазмы — 300 мосмоль/л; концентрация креатинина в плазме крови (Ркреат) — 0,09 ммоль/л, концентрация креатинина в моче (Uкреат) — 9,98 ммоль/л; концентрация натрия в плазме крови (РNa) — 145 ммоль/л, концентрация натрия в моче (UNa) — 22 ммоль/л; минутный диурез — 1,1 мл/мин. Обследуемый Р-ч. Относительная плотность мочи — 1033 г/л; осмотическая концентрация плазмы — 320 мосмоль/л, концентрация креатинина в плазме крови (Ркреат) — 0,06 ммоль/л, концентрация креатинина в моче (Uкреат) — 6,34 ммоль/л, концентрация натрия в плазме крови (РNa) — 140 ммоль/л, концентрация натрия в моче (UNa) — 100 ммоль/л; минутный диурез — 1,05 мл/мин. Используя исходные анализы мочи и крови, проводят вычисление показателей выделительной функции почек. 1. Определение величины осмотической концентрации мочи. Величину осмотических концентраций мочи вычисляют по формуле: Uосм мосмоль/л = 33,3 × Д, где Uосм — осмотическая концентрация мочи; Д — две последние цифры величины плотности мочи (например, при плотности мочи 1025 г/л в расчетах используется величина 25,0). 2. Расчет концентрационного коэффициента. Принимая величину осмотической концентрации плазмы крови (Росм) в каждом случае за 300 мосмоль/л, рассчитывают концентрационный коэффициент (КК), который служит интегральной характеристикой концентрационной функции почек. Uосм мосмоль/л КК = —————————— . Росм мосмоль/л Снижение КК до значений менее 2,0 свидетельствует о снижении концентрационной способности почек, а значения, близкие к 1,0, при олигурии или анурии являются указанием на развитие почечной недостаточности. 3. Определение величины клубочковой фильтрации по клиренсу креатинина. 198 Занятие 22. Процессы выделения Креатинин является конечным продуктом распада креатина, участвующего в энергетическом обмене мышечной и других тканей. Креатинин практически полностью фильтруется, но не подвергается ни реабсорбции, ни химическим превращениям в канальцах, а также не секретируется. Следовательно, клиренс креатинина (Скреат), то есть объем крови, которая очищается от креатинина, проходя через почки, равняется клубочковой фильтрации. Вычисляют уровень минутной клубочковой фильтрации (Vфильтр) по клиренсу креатинина, используя формулу: Uкреат Скреат = Vфильтр мл/мин = ———— × V мл/мин, Pкреат где Uкреат — концентрация креатинина в моче, Pкреат — концентрация креатинина в плазме крови, V — минутный диурез. 4. Определение осмотического клиренса. Проходя через почки, кровь освобождается от осмотически активных веществ. Количественным показателем эффективности выведения осмотически активных веществ почками служит осмотический клиренс, то есть объем плазмы крови, который очищается почкой от осмотически активных веществ. Осмотический клиренс вычисляют по формуле: Uосм мосмоль/л Сосм = ————————— × V мл/мин, Pосм мосмоль/л где Uосм — осмотическая концентрация мочи, Pосм — осмотическая концентрация плазмы крови, V — минутный диурез. 5. Измерение очищения крови от натрия почками. Почечное очищение от натрия рассчитывают по формуле: UNa СNa = ———— × V мл/мин, PNa где UNa — концентрация натрия в моче, PNa — концентрация натрия в плазме крови, V — минутный диурез. 6. Определение уровня циркулирующего альдостерона по концентрации натрия в плазме крови и моче. 199 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Основным гормоном, определяющим уровень реабсорбции натрия в нефроне, является альдостерон, содержание которого в плазме крови составляет 65 r 29 пг/мл. Концентрации натрия в плазме крови и моче могут служить количественным отражением уровня циркулирующего в крови альдостерона. Уровень альдостерона в крови вычисляют, пользуясь данными предыдущей задачи (почечное очищение от натрия), по формулам: Альдостеронпг/мл = 1407,53 – 20,55 × (PNa) + 0,08 × (PNa)2 Альдостеронпг/мл = 107,138 + 0,112 × (UNa) – 0,002 × (UNa)2, где PNa и UNa — соответственно осмотические концентрации натрия в плазме крови и в моче. Таблица 2 Результаты вычисления параметров выделительной функции почек у обследованных людей Обследуемый И-в П-в С-е Р-ч 1 Осмотическая концентрация мочи 2 КК 3 Фильтрация по креатинину 500 мосмоль/л 1,75 144 мл/ мин 600 мосмоль/л 2,1 175 мл/ мин 900 мосмоль/л 3,0 122 мл/ мин 1100 мосмоль/л 3,43 111 мл/ мин 4 Осмотический клиренс 5 Очищение от натрия 2,1 мл/ мин 3,1 мл/ мин 3,3 мл/ мин 3,6 мл/ мин 1,2 мл/ мин 0,87 мл/ мин 0,17 мл/ мин 0,75 мл/ мин 6 Концентрация альдостерона 88 пг/ мл 103 пг/ мл 109 пг/ мл 99 пг/ мл Оформление протокола 1. Вычислить параметры экскреторной функции почек по данным анализов мочи и крови одного из обследуемых людей. 2. Правильность вычислений проверить с помощью величин в таблице 2. 3. Сделать предположения о возможных нарушениях экскреторной функции почек. 200 Занятие 22. Процессы выделения Контрольные вопросы 1. Почки и их функции. Выделительная функция почек. Нефрон как структурная и функциональная единица почек. Строение и кровоснабжение нефронов. Характеристика основных механизмов образования мочи. 2. Механизм клубочковой фильтрации в нефроне. Эффективное фильтрационное давление и компоненты его составляющие. Первичная моча: количество, состав и осмолярность. Нейрогуморальные механизмы регуляции процесса фильтрации. Принцип расчета скорости клубочковой фильтрации. 3. Канальцевая реабсорбция. Функции проксимальных и дистальных извитых канальцев, петли Генле и собирательных трубочек в механизме реабсорбции. Виды реабсорбции. Понятие о пороговых и непороговых веществах. Нейрогуморальные механизмы регуляций процесса реабсорбции. Методы оценки реабсорбционной функции почек. Секреторная функция почек. 4. Регуляция мочеобразования в почках. Влияние нервных и гуморальных факторов на механизмы фильтрации, реабсорбции и секреции. Суточный диурез здорового человека и факторы, его определяющие. Состав и свойства конечной мочи. 5. Функциональная система, поддерживающая оптимальное для метаболизма осмотическое давление крови. Физиологические механизмы жажды. 6. Механизм мочевыведения. Характеристика афферентного, центрального и эфферентного звеньев рефлекторной дуги мочеиспускания. Суточный диурез здорового человека и факторы, его определяющие. Состав и свойства конечной мочи. 7. Клинико-физиологические методы исследования почек. Оценка величины почечной фильтрации, реабсорбции и секреции. 201 Занятие 23. Функции анализаторов Теоретические вопросы 1. Функциональные свойства рецепторов и анализаторов. 2. Анализатор и сенсорная система. 3. Функции зрительного анализатора. 4. Функции слухового анализатора. 5. Функции вестибулярного анализатора. 6. Функции вкусового анализатора. 7. Функции обонятельного анализатора. 8. Функции тактильного анализатора. Практические работы Работа 23.1. Определение остроты зрения Острота зрения человека определяется способностью его глаза различать две достаточно близко расположенные друг к другу точки как раздельные. Острота зрения может быть измерена тем наименьшим углом, под которым эти две точки видны как раздельные. При нормальной остроте зрения этот угол равен 1 мин (одна шестидесятая доля углового градуса). При этом лучи от двух точек попадают на две колбочки, между которыми расположена одна невозбужденная колбочка. Острота зрения зависит от преломляющих структур глаза и функций колбочек сетчатки глаза. Острота зрения характеризует центральное зрение, которое обеспечивает сфокусированное восприятие рассматриваемого предмета. Для определения остроты зрения пользуются специальными таблицами с рядами букв и разорванных колец, размеры которых уменьшаются сверху вниз. С левой стороны каждого ряда указано расстояние D (м), с которого нормальный глаз должен видеть этот ряд знаков. С правой стороны указано готовое значение остроты 202 Занятие 23. Функции анализаторов зрения V-visus в виде дроби (0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2). Острота зрения рассчитывается по формуле: V = d/D, где V — острота зрения, d — реальное расстояние, с которого испытуемый читает данную строку, D — расстояние, с которого глаз должен видеть эту строку при нормальной остроте зрения. Цель работы. Научиться определять остроту зрения с использованием специальной таблицы. Оснащение: таблица для определения остроты зрения, указка. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Таблицу для определения остроты зрения вешают на хорошо освещенную стену. Обследуемый человек садится на расстоянии 5 м от таблицы и закрывает один глаз рукой. Обследуемому человеку указкой показывают отдельные буквы или разорванные кольца таблицы и просят его назвать букву или место разрыва кольца. Определение остроты зрения начинают с самой верхней строки. Постепенно, спускаясь вниз, находят ту строку, в которой отдельные буквы или разорванные кольца обследуемый человек оценивает неправильно. Затем остроту зрения определяют для другого глаза. Оформление протокола 1. Дайте определение понятию “острота зрения”. Что означает, когда острота зрения равна единице? Может ли острота зрения быть больше или меньше единицы? С чем могут быть связаны такие изменения остроты зрения? 2. Запишите результаты определения остроты зрения обследуемого человека для каждого глаза. 3. Сделайте вывод о возможных причинах изменения остроты зрения. Работа 23.2. Определение границы поля зрения Периферическое зрение обеспечивает нечеткое зрительное восприятие пространства вокруг рассматриваемого предмета. Периферическое зрение связано в основном с возбуждением палочек, рас- 203 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ положенных в сетчатке диффузно и ближе к периферии. Пространство, которое видит глаз человека с помощью бокового зрения при фиксации взгляда в одной точке, называется полем зрения. Определение границ поля зрения применяют для диагностики поражений сетчатки и зрительных путей. Цель работы. Оценить границы поля зрения для черно-белого и цветного зрения. Оснащение: периметр Форстера (рис. 1), белые, красные и зеленые марки к нему, стандартные бланки нормального поля зрения (рис. 2). Исследование проводят на человеке. Рис. 1. Периметр Форстера: 1 — шкала в угловых градусах; 2 — подставка для фиксации подбородка обследуемого человека Содержание работы Периметр Форстера представляет собой подвижно укрепленный в штативе металлический полукруг, имеющий шкалу в угловых градусах (рис. 1). Полукруг может быть установлен в любой плоскости по отношению к исследуемому глазу. В середине полукруга находится белая точка, на которой испытуемый должен фиксировать свой взгляд. Укрепленная на штативе прибора подставка (2) служит для фиксации головы испытуемого при определении поля зрения. Периметр устанавливают напротив освещающей его лампы. Полукруг периметра устанавливают горизонтально. На полукруг надевают марку белого цвета. Обследуемого человека сажают спиной к свету. При исследовании поля зрения правого глаза обследуемый человек ставит подбородок в левую выемку подставки так, чтобы край визирной пластинки прилегал к нижнему краю глазницы. Правым глазом он фиксирует белую точку, находящуюся в центре полукруга. Левый глаз он закрывает ладонью. Медленно передвигают белую 204 Занятие 23. Функции анализаторов марку снаружи к центру и фиксируют момент, когда обследуемый человек начинает видеть ее. Полученный результат отмечают на соответствующем меридиане стандартного бланка. Затем определяют место появления в поле зрения белой марки на противоположной стороне дуги. После этого дугу периметра поворачивают через каждые 45° для определения границ поля зрения в других направлениях пространства. Заменив белую марку цветной, определяют границы поля зрения для красного или зеленого цвета. Аналогичным образом измеряют границы поля зрения левого глаза. Рис. 2. Стандартные бланки для определения границ поля зрения. Нормальные границы полей зрения левого и правого глаз отмечены пунктирной линией Оформление протокола 1. Границы полей зрения обследуемого человека отметьте крестиками в стандартных бланках полей зрения. Для фиксации результатов исследования черно-белого зрения используйте синюю ручку, и цветного зрения — красную и зеленую ручки. 2. Полученные точки соедините прямыми линиями соответствующего цвета. 3. Сравните полученные результаты с нормальными границами поля зрения. Сделайте вывод о возможных причинах изменения границ полей зрения для каждого глаза. 205 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Работа 23.3. Исследование аккомодации глаза Аккомодация — это процесс фокусировки изображения рассматриваемого глазом предмета на сетчатке глаза. Благодаря аккомодации глаз обеспечивает четкое восприятие различно удаленных предметов. Аккомодация обеспечивается в основном изменением кривизны хрусталика и, следовательно, его преломляющей силы для световых лучей. Цель работы. Убедиться в существовании аккомодационных способностей глаз. Оснащение: тестовый текст, картонная рамка с марлей. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Через марлю, натянутую на картонную рамку, смотрят на печатный текст, находящийся на расстоянии 50 см от глаз. Поочередно фиксируют взгляд то на сетке марли, то на тексте. Если фиксировать взгляд на буквах, то нитки сетки становятся плохо видными. Если фиксировать взгляд на нитках, то невозможно ясно видеть текст. Рис. 3. Изменение кривизны хрусталика при аккомодации глаза: А — при рассматривании удаленных предметов; Б — при рассматривании близко расположенных предметов 206 Занятие 23. Функции анализаторов Оформление протокола 1. Нарисуйте ход лучей и изменение кривизны хрусталика при рассматривании далеко и близко расположенных предметов (рис. 3). 2. Оцените полученные результаты и сделайте вывод. Работа 23.4. Исследование диспарации положения в пространстве зрительного ощущения Зрительная диспарация — это отклонение положения в пространстве не сфокусированного зрительного ощущения второго предмета от его реального местоположения при фиксации взгляда на первом предмете. Цель работы. Наблюдать явление диспарации и объяснить механизм его возникновения. Оснащение: два карандаша. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Берут в обе руки по карандашу и помещают их вертикально в одной плоскости перед глазами так, чтобы один карандаш находился в 20–30 см от глаз, а второй — на расстоянии вытянутой руки. Фиксируют взгляд на ближнем карандаше. При этом удаленный карандаш воспринимается как раздвоенный предмет. Затем поочередно закрывают правый и левый глаз, отмечая исчезновение раздвоенности удаленного карандаша. Отмечают также, что положение удаленного карандаша перемещается вправо и влево относительно ближнего карандаша. Затем, сфокусировав взгляд на удаленном карандаше и воспринимая раздвоенный ближний карандаш, вновь поочередно закрывают то правый, то левый глаз. При этом отмечают исчезновение одного из раздвоенных изображений ближнего карандаша. Оформление протокола 1. Зарисуйте 6 рисунков, характеризующих положение двух карандашей при фиксации взгляда на ближнем или удаленном карандаше двумя глазами и отдельно левым и правым глазом. 207 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ 2. Сравните положение не фиксируемого зрением карандаша влево и вправо относительно фиксируемого зрением карандаша при закрытии правого или левого глаза. Работа 23.5. Исследование бинокулярного зрения Бинокулярная система восприятия зрительного ощущения является многоуровневой функциональной организацией, в структурах которой сенсорные сигналы, поступающие от каждого из обоих глаз, перерабатываются в единый образ трехмерного внешнего мира. Моделью для понимания работы бинокулярной системы служат условия физиологического двоения, в которых возможно слияние двойных изображений и получение различных эффектов восприятия глубины пространства и трехмерности изображений (стереовосприятие). Оснащение: специальные рисунки. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Подносят рисунок с набором черных кругов на белом фоне (рис. 4) вплотную к глазам. Расслабляют глазные мышцы, фиксируя взгляд в бесконечности. Медленно отодвигая рисунок и фиксируя взгляд по центру, добиваются появления стереоизображения, при котором одни круги находятся дальше, чем другие. После этого попеременно закрывают то один, Рис. 4. Картина для получения стето другой глаз. При этом стереоизображения реоизображение исчезает. Способы слияния двойных изображений используются при рассматривании стереокартин в специальных альбомах. При регулярном просматривании этих альбомов происходит нормализация тонуса мышц глазных яблок, что используется при лечении косоглазия. 208 Занятие 23. Функции анализаторов Оформление протокола 1. Опишите структуры, которые принимают участие в формировании стереоизображения. 2. Сравните свою способность получения стереоизображения со способностью других обследуемых людей. Работа 23.6. Наблюдение оптических иллюзий Ощущение внешнего мира у человека обусловлено не только непосредственным восприятием раздражений, но и особенностями восприятия комбинации раздражений, которые сформировались в течение жизни. Они могут дополнять и изменять образ воспринимаемой действительности. Возникающие зрительные иллюзии отражают в большей степени субъективность восприятия внешних предметов, чем их фотографическое изображение. Цель работы. Познакомиться с субъективностью восприятия внешнего мира на примере получения зрительных иллюзий. Оснащение: специальные рисунки. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Рассматривают специальные рисунки и делают заключение о воспринимаемом изображении. Рисунок 5а содержит информацию, допускающую два равноценных истолкования — молодой дамы в шляпке с пером и старой женщины с меховым воротником и в платке. Ухо молодой женщины становится левым глазом старухи. На рисунке 5б вводит в заблуждение группа концентрических кругов, вызывающих в результате соответствующего оформления фона иллюзию спиралей, уходящих в бесконечность. Однако можно убедиться в том, что круги замкнуты и никакой спирали не существует. На рисунке 5в три человека одинакового роста нарисованы в сетке линий, сходящихся в перспективе. Дальняя фигура воспринимается более крупной по сравнению с ближней. Если рассматривать две прямые линии одинаковой длины (рис. 5г), ограниченные стрелками разного направления, то одна 209 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ из них (стрелки наружу) кажется гораздо больше второй, стрелки которой направлены внутрь. Если смотреть на рисунок 5д, который слева выглядит как концы трех круглых параллельных стержней, а справа как четырехгранный двойной угол, то понятно, что предмет, изображенный здесь в двух измерениях, в природе существовать не может. Рис. 5. Рисунки для изучения зрительных иллюзий Оформление протокола 1. Опишите субъективность ощущений, формируемых анализаторами. 2. Запишите зрительные иллюзии, которые возникли при рассмотрении специальных рисунков. Работа 23.7. Определение остроты слуха с помощью шепотной речи Острота слуха человека определяется способностью его уха ощущать пороговые слуховые раздражения. Пороговое слуховое раздражение — это минимальная сила раздражения, которая вызывает слу- 210 Занятие 23. Функции анализаторов ховое ощущение. Остроту слуха исследуют с помощью аудиометрии, камертонов и шепотной речи. Цель работы. Освоить метод определения остроты слуха с помощью шепотной речи. Оснащение: изолированное от посторонних людей помещение. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Исследование проводят в условиях полной тишины. Остроту слуха определяют у обследуемого человека с расстояния 5 м. Каждое ухо исследуют отдельно, причем другое ухо плотно прикрывают. Обследуемый человек должен стоять спиной к исследователю, чтобы исключить возможность понимания произносимых слов по артикуляции. Исследователь произносит слова шепотом, испытуемый должен немедленно их повторить. В качестве слов, удобных для исследования, можно пользоваться двузначными цифрами от 21 до 99, которые произносят не подряд, а вразбивку. Если испытуемый повторяет их правильно, то слух считается нормальным. Для более точного определения остроты слуха используют специальные таблицы слов. Оформление протокола 1. Запишите количество правильных ответов испытуемого из общего числа названных слов. 2. Оцените остроту слуха испытуемого. Работа 23.8. Исследование слуха камертонами Раздражение слуховых рецепторов внутреннего уха может происходить при распространении звука через наружное и среднее ухо, а также через кости черепа. Первый способ распространения звуковых волн до слуховых рецепторов называется воздушной проводимостью, а второй — костной проводимостью. Цель работы. Научиться исследовать слух с помощью камертонов. Оснащение: набор камертонов, ватные тампоны. Исследование проводят на человеке. 211 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Содержание работы А. Исследование воздушной проводимости Вызывают звучание камертона ударом или щипком ветвей его дуги. Через каждые 3–5 с звучащий камертон подносят и отдаляют от уха обследуемого человека, чтобы исключить влияние на результат исследования привыкания или утомления слуховых рецепторов. После того как обследуемый человек перестает слышать звук камертона, камертон подносят к уху исследователя. В норме не должно быть различия в восприятии звука обследуемым человеком и исследователем. Б. Исследование костной проводимости Ножку звучащего камертона прикладывают к середине темени обследуемого человека. Фиксируют интенсивность звукового ощущения у обследуемого человека с двух сторон. Затем повторяют исследование, поместив в одно, а затем в другое ухо ватный тампон. Со стороны уха, заложенного тампоном, звук будет казаться более сильным, так как в данном случае он достигает слуховых рецепторов кратчайшим путем — через кости черепа, поэтому потеря звуковой энергии уменьшается. Оформление протокола 1. Опишите ход исследования и его результаты. 2. Объясните, как изменится интенсивность звукового ощущения с двух сторон в ходе этого исследования при нарушении распространения звука через среднее ухо с одной стороны. Работа 23.9. Исследование Ринне по сравнению воздушной и костной проводимости звука Исследование воздушной и костной проводимости необходимо для выявления возможных препятствий к распространению звуковых волн через наружное и среднее ухо. Цель работы. Сравнить проводимость звука воздушным и костным путями. Оснащение: набор камертонов, ватные тампоны. Исследование проводят на человеке. 212 Занятие 23. Функции анализаторов Содержание работы Звучащий камертон прикладывают к сосцевидному отростку височной кости обследуемого человека. Человек ощущает постепенно уменьшающийся звук камертона. При исчезновении ощущения звука камертон переносят непосредственно к уху обследуемого человека. У человека с нормальной звуковой проводимостью вновь возникает ощущение звука. Оформление протокола 1. Опишите ощущения обследуемого человека. 2. Объясните, почему в ряде случаев второе ощущение звука не возникает. Работа 23.10. Исследование вестибулярного анализатора с помощью функциональных проб Вестибулярный анализатор контролирует положение головы в пространстве, а также угловое и линейное ускорение ее движения. Функциональное состояние вестибулярного аппарата оценивают с омощью функциональных проб. При вращении тела вокруг вертикальной оси происходит возбуждение рецепторов вестибулярного аппарата под влиянием угловых ускорений. Это является причиной возникновения особой рефлекторной реакции, которая называется нистагмом головы. Нистагм головы проявляется в том, что голова вначале медленно поворачивается в сторону, противоположную направлению вращения, а затем быстро возвращается в исходное положение. При вращении также наблюдается аналогичное движение глаз — глазной нистагм. Прямолинейное направление движения человека при ходьбе контролируется вестибулярным аппаратом. При дисфункции вестибулярного аппарата в одном ухе наблюдается отклонение направления движения человека при ходьбе в противоположную сторону. Изменения длительности нистагма и направления прямолинейного движения особенно выражены при отсутствии зрительного контроля человека за направлением его движения. Цель работы. Познакомиться с функциональными пробами, которые используются для оценки вестибулярного анализатора. 213 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Оснащение: свободное от мебели помещение. Исследование проводят на человеке. Содержание работы А. Наблюдение нистагма головы и глаз при вращении Обследуемый человек совершает вращательные движения в положении стоя до ощущения дискомфорта, легкого головокружения. Сразу после его остановки наблюдают за положением его головы относительно туловища и глаз относительно лица. При нормальном функциональном состоянии вестибулярного аппарата наблюдают нистагм головы и глаз. В норме нистагм продолжается 20–30 с. Обследуемый человек повторяет исследование с закрытыми глазами. Б. Походка с открытыми и закрытыми глазами Обследуемый человек идет по прямой линии, начерченной на полу. При этом руки его вытянуты перед собой и разведены на ширину плеч. Исследование проводят два раза сначала с открытыми, а затем закрытыми глазами. Оформление протокола 1. Опишите ход исследования. 2. Сравните результаты, полученные у нескольких испытуемых. 3. Объясните причины возможных отклонений от нормы у обследованных людей. Работа 23.11. Исследование вкусовой карты языка Рецепторы вкуса в основном расположены на сосочках языка. Некоторая часть вкусовых рецепторов локализуется в слизистой оболочке мягкого неба, миндалин, задней стенки глотки и надгортанника. Вкусовые рецепторы различают ощущения сладкого, соленого, кислого и горького. Зоны наибольшей чувствительности к разным вкусовым веществам локализованы в разных местах поверхности языка (рис. 6). Цель работы. Определить зоны наибольшей чувствительности языка к разным вкусовым веществам. Оснащение: растворы сахара, поваренной соли, лимонной кислоты, хинина (каждый в концентрациях: 1%, 0,1%, 0,01%, 0,001%), 214 Занятие 23. Функции анализаторов глазные пипетки или стеклянные палочки. Исследование проводят на человеке. 1 2 3 4 Рис. 6. Вкусовая карта языка: расположение рецепторов, воспринимающих раздражение различными веществами: 1 — сладкими, 2 — солеными, 3 — кислыми, 4 — горькими Содержание работы Кончиком стеклянной палочки или с помощью пипеток последовательно наносят растворы по капле на кончик языка, его края, срединную часть и корень обследуемого человека. При исследовании пользуются надпороговой концентрацией каждого вещества. После использования очередного раствора вещества ополаскивают рот дистиллированной водой и делают перерывы в 2–3 мин. Оформление протокола 1. На рисунке языка отметьте зоны наибольшей чувствительности к разным вкусовым веществам. 2. Полученные результаты сравните с вкусовой картой языка здорового человека. Работа 23.12. Определение порога вкусовой чувствительности Под порогом вкусовой чувствительности понимают ту наименьшую концентрацию раствора вкусового вещества, которая при нанесении на язык вызывает соответствующее вкусовое ощущение. Цель работы. Сравнить пороги чувствительности к сладкому, соленому, кислому и горькому. Оснащение: растворы сахара, поваренной соли, лимонной кислоты, хинина (каждый в концентрации 1%, 0,1%, 0,01%, 0,001%), 215 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ глазные пипетки или стеклянные палочки. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Обследуемому человеку наносят на поверхность языка из пипетки каплю одного из перечисленных выше растворов и предлагают сделать глоток. Каждое вещество наносят в область максимальной концентрации соответствующих вкусовых рецепторов в соответствии с результатами предыдущего исследования. Обследуемый человек определяет вкус раствора. Опыт начинают с нанесения раствора в минимальной концентрации (0,001%) и продолжают увеличивать концентрацию до тех пор, пока испытуемый точно не определит вкус наносимого раствора. Эту концентрацию принимают за порог данной вкусовой чувствительности. После проведения опыта с одним раствором испытуемый должен тщательно прополоскать рот и только после этого приступить к работе с новым раствором. Оформление протокола 1. Составьте таблицу порогов вкусовой чувствительности к различным веществам. 2. Сравните пороги чувствительности к сладкому, соленому, кислому и горькому. Работа 23.13. Исследование тактильной чувствительности На всей поверхности тела человека в коже заложены рецепторные образования температурной, болевой и тактильной чувствительности. Тактильные рецепторы расположены по поверхности тела неравномерно. Больше всего их находится на кончиках пальцев, на ладонях, на кончике языка и носа, меньше всего — на спине. Пространственным порогом тактильной чувствительности считается минимальное расстояние между ножками циркуля Вебера (эстезиометра), при котором различают два прикосновения. Цель работы. Сравнить порог тактильной чувствительности разных участков кожной поверхности. Оснащение: эстезиометр (циркуль Вебера) (рис. 7). Исследование проводят на человеке. 216 Занятие 23. Функции анализаторов Рис. 7. Эстезиометр Содержание работы Обследуемый человек сидит с закрытыми глазами. Концами ножек эстезиометра прикасаются к пальцам рук, ладоням, шее, спине, носу обследуемого человека. Сначала расстояние между концами ножек эстезиометра равняется 1 мм. Затем постепенно раздвигают ножки эстезиометра, прибавляя каждый раз по 1 мм, и продолжают прикасаться к участкам кожи в первоначально избранной последовательности. Фиксируют, при каком расстоянии между ножками и на каком участке кожи испытуемый впервые различает двойное прикосновение. Оформление протокола 1. Записать расстояние между ножками эстезиометра, при котором испытуемый почувствовал двойное прикосновение на коже пальцев, ладони, шеи, спины, носа. 2. Сравнить пространственный порог тактильной чувствительности разных участков поверхности тела обследуемого человека. 3. Объяснить причину разного пространственного порога в разных областях тела человека. Контрольные вопросы 1. Строение и свойства анализаторов. 2. Классификация и свойства рецепторной части анализаторов. 3. Корковые представительства анализаторов. 4. Строение и функции зрительного анализатора. 5. Строение и функции слухового анализатора. 6. Строение и функции вестибулярного анализатора. 7. Строение и функции вкусового анализатора. 8. Строение и функции обонятельного анализатора. 9. Строение и функции тактильного анализатора. 217 Занятие 24. Физиология высшей нервной деятельности Теоретические вопросы 1. Биологическая роль безусловных рефлексов. Характеристика простых и сложных безусловных рефлексов (инстинктов). 2. Условные рефлексы и их роль в приспособительной деятельности животных и человека. 3. Условия образования, сохранения и угасания условных рефлексов. 4. Методы выработки условных рефлексов. Механизм образования временных связей. 5. Представления И.П. Павлова о внешнем и внутреннем торможении. Их идентичность по природе и механизму. 6. Внутреннее торможение и его виды по классификации И.П. Павлова. Природа внутреннего торможения и механизм возникновения. 7. Учение И.П. Павлова о типах ВНД. Практические работы Работа 24.1. Выработка у человека условного дыхательного рефлекса на звуковой раздражитель Совокупность приспособительных форм поведения, приобретенных в процессе жизни индивида в соответствии с его потребностями и в ответ на их сочетание с определенными раздражителями, называется условными рефлексами. 218 Занятие 24. Физиология высшей нервной деятельности Выработка условного рефлекса в эксперименте требует соблюдения определенных условий. Эксперимент должен проходить при отсутствии дополнительных внешних раздражений. Необходимо наличие определенной потребности организма. Условное и безусловное раздражения должны быть оптимальной величины. Условное раздражение должно предшествовать безусловному подкреплению. Комбинация из условного и безусловного раздражений должна многократно повторяться. Цель работы. Освоить методику выработки условного дыхательного рефлекса у человека. Оснащение: кимограф, пневмограф, манжета для регистрации дыхания, нашатырный спирт, ватные тампоны. Исследование проводят на человеке. Содержание работы У обследуемого человека регистрируют на кимографе пневмограмму. Исследование проводят в положении сидя с закрытыми глазами. В качестве звукового раздражителя применяют звонок или произнесенное экспериментатором слово “внимание!”. После предъявления звукового раздражителя к носу обследуемого человека подносят пробирку с нашатырным спиртом на 1–2 с. Звуковое раздражение сочетают с вдыханием паров нашатырного спирта 10– 15 раз. Каждая очередная комбинация раздражений предъявляется обследуемому человеку через 1 мин. Важным условием выработки условного рефлекса является соблюдение тишины в комнате и повторяемость актов поведения экспериментатора. Затем звуковое раздражение предъявляется обследуемому человеку без вдыхания паров нашатырного спирта. Оформление протокола 1. На пневмограмме отметить места предъявления обследуемому человеку нашатырного спирта. 2. Отметить место предъявления условного сигнала без подкрепления. 3. Проанализировать характерные изменения ритма пневмограммы при предъявлении обследуемому человеку безусловного и условного сигналов. 219 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Работа 24.2. Выработка и угасание условно-рефлекторной реакции расширения зрачка человека Метод выработки условного рефлекса позволяет изменять многие вегетативные функции организма. Известно, что результатом изменения диаметра зрачка при изменении интенсивности внешнего освещения является поддержание оптимального уровня освещенности сетчатки. Многократным сочетанием звукового раздражителя с затемнением глаза можно выработать условно-рефлекторное расширение зрачка. Цель работы. Освоить методику выработки условно-рефлекторной реакции расширения зрачка человека. Оснащение: настольная лампа. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Обследуемого человека усаживают напротив исследователя. Исследователь произносит слово, и обследуемый человек закрывает один глаз рукой на 10–15 с. Эти действия повторяются 10–15 раз. Затем произносят слово “внимание!”, а руку обследуемого человека удерживают. При этом наблюдают расширение зрачка без изменения освещенности глаза. Оформление протокола 1. Проанализировать причины расширения зрачка без изменения освещенности глаза после выработки условного рефлекса. 2. Нарисовать рефлекторные дуги безусловного зрачкового рефлекса и условного зрачкового рефлекса на слово “внимание!”. 220 Занятие 25. Системные процессы целенаправленного поведения Теоретические вопросы 1. Архитектура целостного поведенческого акта с точки зрения теории функциональной системы (афферентный синтез, программа действия, сравнение реальных результатов с предсказанными результатами). 2. Мотивации, их роль в формировании целенаправленного поведения. 3. Память. Современные представления о механизме кратковременной и долговременной памяти. 4. Обратная афферентация о полезном приспособительном эффекте как универсальная закономерность в деятельности организма. 5. Эмоции, их роль в поведении. Физиологические механизмы эмоций. 6. Современные представления о механизмах сна. Практические работы Работа 25.1. Изучение влияния силы мотивации на объем кратковременной памяти человека Мотивационное возбуждение формируется в головном мозге на базе внутренней потребности организма. Мотивация обеспечивает энергией целенаправленное поведение индивида по преодолению препятствий на пути удовлетворения потребности. Одновременно мотивация направляет целенаправленное поведение в сторону получения полезного приспособительного результата поведения. На стадии афферентного синтеза мотивация интегрируется на нейронах мозга с памятью, обстановочной и пусковой афферентацией. 221 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Мотивация извлекает накопленный опыт из памяти, необходимый для построения целенаправленного поведения. Каждое удачное удовлетворение внутренней потребности фиксируется механизмами памяти и затем оживляется при возникновении очередной соответствующей мотивации. Эффективность запоминания подчиняется закону оптимума мотивации, в соответствии с которым запоминание наиболее эффективно при оптимальной мотивации. Слабая мотивация является оптимальной при разрешении трудных проблем, и сильная мотивация оптимальна при решении легких задач. Цель работы. Выявить роль мотивации в активации механизмов памяти. Оснащение: список физиологических терминов. Исследование проводят на человеке. Содержание работы Исследование состоит из трех опытов. В каждом из них преподаватель зачитывает 20 отвлеченных понятий из курса нормальной физиологии. Задача студентов запомнить как можно больше слов. Сохраненные в памяти слова студенты записывают не ранее, чем через 3 мин после их прочтения. Далее студенты меняются своими протоколами с соседями и проверяют полноту и правильность написания понятий, которые повторяются преподавателем. Правильные понятия отмечаются знаком “+”. Понятие считается написанным неправильно, если вместо одной части речи написана другая, перепутан суффикс или приставка, искажающие смысл понятия. Орфографические ошибки не учитываются. Оформление протокола 1. Протоколы трех опытов вклеить в тетрадь. 2. По каждому опыту подсчитать количество правильно воспроизведенных понятий и вычислить коэффициент запоминания по формуле: Кз = М/N × 100%, где Кз — коэффициент запоминания, М — количество правильно воспроизведенных понятий, N — объем материала (в данных опытах N = 20). 222 Занятие 25. Системные процессы целенаправленного поведения 3. Построить график зависимости коэффициентов запоминания от силы мотивации — индивидуальный и для каждой группы (рис. 1). Рис. 1. Зависимость коэффициента запоминания (Кз) от силы мотивации 4. Качественно сопоставить индивидуальный Кз в первом опыте с Кз у сильных и слабых студентов в группе и оценить кратковременную память как плохую, удовлетворительную, среднюю, хорошую, отличную. 5. На основании субъективно сложившегося впечатления у испытуемого показать продуктивность знания курса нормальной физиологии для запоминания и воспроизведения сложного материала в сравнении с лучшим и худшим студентом группы. 6. На основании графика определить оптимум мотивации и трудность экспериментальной задачи для каждого испытуемого. 7. Сформулировать закон зависимости объема памяти от силы мотивации. Контрольные вопросы 1. Системная организация врожденного и приобретенного поведения. 2. Архитектура целостного поведенческого акта (афферентный синтез, акцептор результата действия, обратная афферентация о результате действия). 3. Мотивация как компонент афферентного синтеза. Классификация мотиваций. Механизмы мотиваций. 4. Память, ее виды и физиологические механизмы. 223 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ 5. Эмоции. Нейрофизиологические механизмы эмоций. Эмоциональный стресс, его профилактика. Вегетативные и соматические компоненты эмоций. 6. Сон, фазы сна. Современные представления о механизмах сна. 224 Содержание Предисловие ....................................................................................... 3 Занятие 1. Возбуждение нервной и мышечной ткани ........................ 4 Теоретические вопросы ........................................................................ 4 Практические работы ......................................................................... 4 Работа 1.1. Приготовление нервно-мышечного препарата ................. 4 Работа 1.2. Сравнение возбудимости нерва и мышцы ........................ 7 Контрольные вопросы .........................................................................10 Занятие 2. Функции скелетной мускулатуры и мышц внутренних органов .............................................................................12 Теоретические вопросы .......................................................................12 Практические работы ........................................................................12 Работа 2.1. Зависимость амплитуды мышечного сокращения от силы раздражения .........................................................12 Работа 2.2. Зависимость характера мышечного сокращения от частоты раздражения. Зубчатый и гладкий тетанус ..........15 Работа 2.3. Зависимость работоспособности мышцы от нагрузки ......16 Работа 2.4. Сравнение чувствительности гладкой и скелетной мышц лягушки к химическим веществам ........................19 Работа 2.5. Динамометрия ..............................................................22 Исследование 1. Ручная динамометрия ...........................................22 Исследование 2. Становая динамометрия ........................................23 Контрольные вопросы .........................................................................24 Занятие 3. Функции нервов и синапсов ............................................25 Теоретические вопросы .......................................................................25 Практические работы ........................................................................25 Работа 3.1. Сравнение лабильности синапса и мышцы .....................25 Работа 3.2. Развитие утомления в нервно-мышечном препарате .......28 Работа 3.3. Электромиография ........................................................30 Исследование 1. Изучение зависимости амплитуды ЭМГ от силы сокращения мышц ................................................30 Исследование 2. Исследование функционального состояния нервно-мышечной системы человека с помощью электромиографии ................................................31 Контрольные вопросы .........................................................................32 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Занятие 4. Основные функции крови ................................................34 Теоретические вопросы .......................................................................34 Практические работы ........................................................................35 Работа 4.1. Определение количества эритроцитов в крови ................35 Работа 4.2. Определение количества лейкоцитов в крови..................38 Работа 4.3. Определение содержания гемоглобина в крови ...............39 Работа 4.4. Определение цветового показателя.................................41 Работа 4.5. Определение скорости оседания эритроцитов .................42 Работа 4.6. Исследование химического гемолиза..............................44 Занятие 5. Антигенные и защитные функции крови .........................45 Теоретические вопросы .......................................................................45 Практические работы ........................................................................45 Работа 5.1. Определение группы крови по системе AB0 ....................45 Работа 5.2. Определение резус-фактора ...........................................48 Контрольные вопросы .........................................................................49 Занятие 6. Гормональная регуляция функций организма .................51 Теоретические вопросы .......................................................................51 Практические работы ........................................................................52 Работа 6.1. Влияние адреналина на сократительную функцию сердца и матки крысы ....................................................52 Работа 6.2. Влияние адреналина на пигментные клетки лягушки ......53 Работа 6.3. Модель экспериментального бесплодия у крыс ...............53 Работа 6.4. Тест базальной температуры ...........................................55 Контрольные вопросы .........................................................................56 Занятие 7. Возбуждение в центральной нервной системе ................57 Теоретические вопросы .......................................................................57 Практические работы ........................................................................57 Работа 7.1. Спинальные рефлексы у лягушки. Роль пространственной организации рецептивного поля ........57 Работа 7.2. Выявление зависимости ответной реакции от силы раздражения..................................................................59 Работа 7.3. Структурно-функциональные основы ответных реакций (рефлексов) человека, используемых в клинике.................59 Занятие 8. Процесс торможения в ЦНС ..........................................64 Теоретические вопросы .......................................................................64 Практические работы ........................................................................64 Работа 8.1. Исследование сеченовского торможения ........................64 Работа 8.2. Исследование торможения Гольца ..................................66 Контрольные вопросы .........................................................................67 226 Содержание Занятие 9. Методы исследования функций центральной нервной системы ............................................................................68 Теоретические вопросы .......................................................................68 Практические работы ........................................................................68 Работа 9.1. Электроэнцефалографический анализ деятельности головного мозга .............................................................68 Работа 9.2. Исследование импульсной активности нейронов с помощью микроэлектродной техники ............................73 Работа 9.3. Исследование импульсной активности нейронов при микроионофорезе к нейронам биологически активных веществ .........................................................................76 Контрольные вопросы .........................................................................78 Занятие 10. Функции вегетативной нервной системы ......................79 Теоретические вопросы .......................................................................79 Практические работы ........................................................................79 Работа 10.1. Оценка вегетативного тонуса человека по индексу Кердо ..........................................................................79 Работа 10.2. Анализ вегетативной реактивности человека методом холодовой пробы .........................................................80 Работа 10.3. Оценка реактивности вегетативной нервной системы по вагальным рефлексам ..............................................82 Работа 10.4. Оценка тонуса вегетативной нервной системы человека ......................................................................83 Контрольные вопросы .........................................................................85 Занятие 11. Функции сердца .............................................................87 Теоретические вопросы .......................................................................87 Практические работы ........................................................................87 Работа 11.1. Графическая регистрация сокращений сердца лягушки ..87 Работа 11.2. Автоматизм сердца лягушки. Опыт с лигатурами Станниуса ...................................................................89 Работа 11.3. Возбудимость сердечной мышцы лягушки в различные периоды сердечного цикла...........................91 Занятие 12. Регуляция функций сердца ............................................95 Теоретические вопросы .......................................................................95 Практические работы ........................................................................95 Работа 12.1. Влияние раздражения вагосимпатического ствола на деятельность сердца лягушки .......................................95 Работа 12.2. Влияние холинолитика атропина на эффект стимуляции вагосимпатического ствола лягушки ..........98 227 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Работа 12.3. Экстракардиальная (рефлекторная) регуляция деятельности сердца лягушки .......................................99 Работа 12.4. Гуморальная регуляция деятельности сердца лягушки ..101 Работа 12.5. Исследование кардиальной реактивности с регистрацией кардиоинтервалограммы при ортостатической пробе ...............................................103 Работа 12.6. Исследование динамики длительности кардиоциклов при дыхании ..............................................................106 Занятие 13. Методы исследования функций сердца у человека ....108 Теоретические вопросы .....................................................................108 Практические работы ......................................................................108 Работа 13.1. Регистрация и анализ электрокардиограммы ...............108 Работа 13.2. Регистрация и анализ фонокардиограммы ..................114 Работа 13.3. Анализ фазовой структуры сердечного цикла (поликардиография) ..................................................115 Работа 13.4. Определение ударного объема крови и минутного объема кровообращения расчетным методом Старра ...120 Работа 13.5. Анализ физической работоспособности человека методом расчета хронотропной реактивности сердца ...121 Занятие 14. Закономерности гемодинамики ...................................122 Теоретические вопросы .....................................................................122 Практические работы ......................................................................123 Работа 14.1. Изучение методов измерения кровяного давления у человека (методы Короткова, Рива-Роччи)..................123 Работа 14.2. Регистрация и анализ реовазограммы .........................125 Работа 14.3. Определение скорости распространения пульсовой волны человека ..........................................................129 Работа 14.4. Наблюдение венозного тока крови у человека (опыт Гарвея) ......................................................................131 Работа 14.5. Определение венозного давления у человека (косвенный метод А. Гиттера) .....................................132 Занятие 15. Регуляция давления крови ...........................................133 Теоретические вопросы .....................................................................133 Практические работы ......................................................................133 Работа 15.1. Анализ влияния ортостатической нагрузки на показатели кровообращения ......................................133 Работа 15.2. Исследование нервной регуляции кровообращения методом кардиоинтервалометрии с вычислением индекса напряжения Р.М. Баевского ...........................135 228 Содержание Работа 15.3. Определение физической работоспособности по индексу Гарвардского степ-теста .................................137 Контрольные вопросы .......................................................................139 Занятие 16. Методы исследования внешнего дыхания ..................143 Теоретические вопросы .....................................................................143 Практические работы ......................................................................143 Работа 16.1. Исследование статических легочных объемов методом спирометрии .............................................................143 Работа 16.2. Исследование динамических дыхательных показателей методом спирометрии .............................145 Работа 16.3. Вычисление должных дыхательных показателей по стандартизированным формулам ................................147 Работа 16.4. Вычисление должных дыхательных показателей по формуле Р.Ф. Клемента ..............................................148 Занятие 17. Регуляция дыхания ......................................................150 Теоретические вопросы .....................................................................150 Практические работы ......................................................................150 Работа 17.1. Влияние физиологических нагрузок на дыхание человека ....................................................................150 Работа 17.2. Регистрация рефлекторного апноэ и гиперпноэ у человека ....................................................................152 Работа 17.3. Определение времени задержки дыхания на вдохе и на выдохе ..................................................................153 Контрольные вопросы .......................................................................154 Занятие 18. Моторная функция органов пищеварения ..................155 Теоретические вопросы .....................................................................155 Практические работы ......................................................................156 Работа 18.1. Влияние ацетилхолина и адреналина на моторику клоаки у лягушки .......................................................156 Работа 18.2. Исследование моторной функции пищевода лягушки .157 Занятие 19. Секреция и всасывание в органах пищеварения .........158 Теоретические вопросы .....................................................................158 Практические работы ......................................................................158 Работа 19.1. Исследование переваривающих свойств желудочного сока ..........................................................................158 Работа 19.2. Роль желчи в процессах пищеварения .........................160 Контрольные вопросы .......................................................................161 229 НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ПРАКТИКУМ Занятие 20. Энергетический обмен у человека ...............................164 Теоретические вопросы .....................................................................164 Практические работы ......................................................................165 Работа 20.1. Определение основного обмена по таблицам...............165 Работа 20.2. Определение соответствия основного обмена человека среднестатистическому уровню основного обмена по гемодинамическим показателям .................174 Работа 20.3. Определение расхода энергии методом неполного газового анализа ........................................................175 Работа 20.4. Расчет энергозатрат по таблице ..................................177 Работа 20.5. Определение содержания жировой ткани в организме человека ....................................................................180 Работа 20.6. Определение рабочего обмена по объему выдыхаемого воздуха ......................................................................183 Работа 20.7. Составление суточного пищевого рациона ..................184 Контрольные вопросы .......................................................................189 Занятие 21. Терморегуляция ............................................................190 Теоретические вопросы .....................................................................190 Практические работы ......................................................................190 Работа 21.1. Исследование кожной температурной чувствительности .......................................................190 Работа 21.2. Адаптация температурных рецепторов кожи к действию высокой и низкой температуры ...................192 Контрольные вопросы .......................................................................193 Занятие 22. Процессы выделения ...................................................194 Теоретические вопросы .....................................................................194 Практические работы ......................................................................195 Работа 22.1. Оценка анализов мочи ...............................................195 Работа 22.2. Методы оценки экскреторной функции почек ............197 Контрольные вопросы .......................................................................201 Занятие 23. Функции анализаторов ................................................202 Теоретические вопросы .....................................................................202 Практические работы ......................................................................202 Работа 23.1. Определение остроты зрения ......................................202 Работа 23.2. Определение границы поля зрения .............................203 Работа 23.3. Исследование аккомодации глаза ...............................206 Работа 23.4. Исследование диспарации положения в пространстве зрительного ощущения ..............................................207 230 Содержание Работа 23.5. Исследование бинокулярного зрения .........................208 Работа 23.6. Наблюдение оптических иллюзий ..............................209 Работа 23.7. Определение остроты слуха с помощью шепотной речи ..........................................................................210 Работа 23.8. Исследование слуха камертонами ...............................211 Работа 23.9. Исследование Ринне по сравнению воздушной и костной проводимости звука ......................................212 Работа 23.10. Исследование вестибулярного анализатора с помощью функциональных проб ..............................213 Работа 23.11. Исследование вкусовой карты языка .........................214 Работа 23.12. Определение порога вкусовой чувствительности ........215 Работа 23.13. Исследование тактильной чувствительности .............216 Контрольные вопросы .......................................................................217 Занятие 24. Физиология высшей нервной деятельности ................218 Теоретические вопросы .....................................................................218 Практические работы ......................................................................218 Работа 24.1. Выработка у человека условного дыхательного рефлекса на звуковой раздражитель ............................218 Работа 24.2. Выработка и угасание условно-рефлекторной реакции расширения зрачка человека ......................................220 Занятие 25. Системные процессы целенаправленного поведения .....................................................................221 Теоретические вопросы .....................................................................221 Практические работы ......................................................................221 Работа 25.1. Изучение влияния силы мотивации на объем кратковременной памяти человека .............................221 Контрольные вопросы .......................................................................223 231 Учебное издание Нормальная физиология Практикум Под редакцией Константина Викторовича Судакова Оригинал-макет подготовлен ООО «Медицинское информационное агентство» Главный редактор А.С. Петров Санитарно-эпидемиологическое заключение № 77.99.60.953.Д.000945.01.10 от 21.01.2010 г. Подписано в печать 26.01.15. Формат 60×90/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Гарнитура «Newton». Объем 14,5 печ. л. Тираж 1500 экз. Заказ № ООО «Издательство «Медицинское информационное агентство» 119048, Москва, ул. Усачева, д. 62, стр. 1, оф. 6 Тел./факс: (499)245-45-55 е-mail: [email protected]; http://www.medagency.ru Интернет-магазин: www.medkniga.ru Книга почтой на Украине: а/я 4539, г. Винница, 21037 E-mail: [email protected] Телефоны: +380688347389, 8(0432)660510 Отпечатано в полном соответствии с качеством предоставленного электронного оригинал-макета в типографии филиала ОАО «ТАТМЕДИА» «ПИК «Идел-Пресс». 420066, г. Казань, ул. Декабристов, 2
