Методы и принципы физиологии

    Регистрацию исследуемых процессов с экрана катодного осциллографа осуществляют фотографическим способом с применением световых фотоаппаратов или специальных фотокамер.

    Магнитографы. Регистрация электрических процессов на ферромагнитную ленту удобна тем, что записанная таким образом информация может длительно храниться и многократно воспроизводиться. С помощью различных регистраторов ее можно переводить в видимую запись с различным масштабом развертки. Эту информацию можно обрабатывать после окончания эксперимента с помощью различных автоматических устройств и электронно-вычислительных машин. Магнитографы позволяют записывать и протокол эксперимента. 

    ЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ 

    В современных условиях ЭВМ являются неотъемлемой частью научно-исследовательских лабораторий, так как электронно-вычислительные машины значительно повышают эффективность труда исследователей Ввод данных об исследуемом процессе можно производить различными способами: ручным (когда предварительно рассчитанные амплитудно-временные параметры, например, электрокардиограммы вводят с клавиатуры ЭВМ) или с промежуточного носителя информации (например, с перфокарты или перфоленты, на которых закодирована информация).

    Однако наиболее удобно и экономично вводить информацию в ЭВМ с помощью специального устройства - амплитудно-цифрового преобразователя (АЦП). Амплитудно-цифровой преобразователь трансформирует амплитудно-временные параметры исследуемого процесса (например, амплитуду и длительность различных компонентов ЭКГ) в цифровой код, который воспринимается, анализируется и обрабатывается процессором ЭВМ. Математически обработанная (по заданным программам) в ЭВМ информация может быть представлена в различных формах: в виде таблицы, отпечатанной на цифропечатаюшем устройстве; в виде графика, построенного графопостроителем; в виде изображения на экране дисплея или в другой форме. При этом исследователь освобождается от рутинной работы не только по измерению, обсчету, математическому анализу результатов, но и от необходимости составлять таблицы и строить графики. 

    ПРИБОРЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ 

    Приборы специального назначения обычно предназначены для регистрации какой-либо одной функции или процесса, например электрокардиограммы, электроэнцефалограммы, электрогастрограммы и др. Такая специализированная аппаратура, как правило, компактна, проста в эксплуатации и удобна для проведения клинических исследований. В ее состав входят различные блоки (системы) общего назначения, поэтому знание принципиального устройства отдельных блоков позволяет легко разобраться в работе приборов специального назначения. Общая структура прибора специального назначения включает электроды или датчик, коммутатор, усилитель, регистратор и блок питания. Более детальное знакомство с каждым прибором осуществляется с помощью инструкции по эксплуатации, прилагаемой к прибору.

    Электростимуляторы. Для электрической стимуляции биологических объектов вплоть до середины текущего столетия применяли индукционные катушки, которые в настоящее время полностью заменены электростимуляторами. Электростимулятор - один из самых распространенных и необходимых приборов. Он обеспечивает оптимальные условия раздражения тканей (с наименьшим их травмированием при длительной стимуляции) и удобен в работе.

    Для исследовательских целей целесообразно использовать стимулятор, который в зависимости от условий эксперимента может служить либо генератором тока, либо генератором напряжения. Внутреннее сопротивление выходного устройства такого стимулятора можно изменять в соответствии с целями эксперимента. Оно должно быть или в 30-40 раз больше сопротивления объекта исследования (при работе в режиме «генератор тока»), или во столько же раз меньше (в режиме «генератор напряжения»). Однако подобные универсальные стимуляторы сложны и громоздки, поэтому в условиях физиологического практикума лучше применять более простые приборы.

    Стимулятор состоит из нескольких блоков (каскадов), принципиальное назначение которых не зависит от типа стимулятора. Рассмотрим назначение отдельных каскадов стимулятора и связанных с ними органон управления на примере стимулятора импульсного физиологического СИФ-5.

    Генератор частоты следования импульсов (задающий генератор) часто конструируют по схеме мультивибратора; он может работать в ждущем и непрерывном режимах. При работе в ждущем режиме задающий генератор может генерировать импульсы или при нажатии кнопки «Пуск» 9, или при подаче на вход мультивибратора запускающих сигналов от другого источника импульсов. В первом случае генерируется только один импульс, во втором - частота импульсов будет соответствовать частоте запускающих сигналов. При непрерывном режиме работы 8 задающий генератор стимулятора генерирует импульсы непрерывно, их частоту / можно изменять от долей герца до нескольких сотен герц.

    Импульсы от задающего генератора подаются на следующий каскад стимулятора - каскад задержки, а также могут быть использованы для запуска развертки осциллографа (импульс синхронизации 10), В каскаде задержки 2 импульс задающего генератора может задержаться на время 1 - 1000 мс. Каскад задержки позволяет (например, при исследовании вызванных потенциалов) независимо от скорости развертки осциллографа установить потенциал на экране осциллографа в удобном для регистрации месте.

    Импульсы от каскада задержки могут быть использованы для запуска других стимуляторов, если в эксперименте применяют несколько стимуляторов и их работу нужно синхронизировать. Кроме того, от каскада задержки подаются импульсы на вход каскада формирования выходных сигналов. В этом каскаде формируются импульсы прямоугольной (или другой) формы с определенной длительностью 3, затем они передаются на усилитель мощности, который позволяет регулировать их амплитуду 4.

    С выхода стимулятора 5 посредством соединительных проводов и стимулирующих электродов импульсы необходимой формы, длительности и амплитуды передаются на объект исследования. Полярность выходных импульсов 6 можно изменять. Для уменьшения артефакта раздражения некоторые типы стимуляторов имеют изолирующие трансформаторы 7, другие - высокочастотные выходные устройства.

    Как для учебных, так и для исследовательских целей используют стимуляторы и других типов, например, НСЭ-01, ЭСТ-10А, ИС-01 и др.

    Кроме импульсных стимуляторов в физиологических экспериментах используют фото- и фоностимуляторы. Их устройство во многом принципиально сходно с устройством импульсного стимулятора. Отличие состоит в основном в структуре выходного блока, формирующей световые сигналы в фотостимуляторе или звуковые - в фоностимуляторе.

    Эргометры. Для создания функциональной нагрузки на отдельные органы, системы и организм в целом широко применяют эргометры различных типов. Они позволяют создавать или локальную, или общую функциональную нагрузку, дозировать и определять ее величину. Наиболее распространенными приборами этого типа являются пальцевый эргограф, велоэргометры и бегущая дорожка. Существуют бегущие дорожки (третбаны) и для животных.

  Камеры. Камеры различного назначения широко используют при создании определенных условий для объекта исследования. Существуют сурдокамеры, термокамеры, барокамеры с повышенным и пониженным давлением, камеры с лучевыми и звуковыми установками и т. д. В настоящее время сконструированы камеры, позволяющие создать искусственный микроклимат и изучать реакции объекта исследования на разнообразные воздействия. 

ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ 

  Помимо общих правил обращения с аппаратурой, необходимо в каждом отдельном случае вначале ознакомиться с правилами эксплуатации незнакомого прибора и лишь затем приступать к работе с ним. Это приобретает особое значение в условиях клиники, поскольку некоторые приборы при неумелом обращении представляют опасность для пациента (прибор для исследования возбудимости нервов и мышц - электроимпульса-тор и ряд других). Основные правила состоят в следующем.

  До включения прибора в сеть необходимо: 1) убедиться, что напряжение сети соответствует напряжению, на которое рассчитан прибор или на которое переключен в данный момент его силовой трансформатор; 2) заземлить прибор, т. е. соединить клемму (или гнездо «земля») с шиной контура заземления или водопроводной сетью (ни в коем случае нельзя заземлять приборы на элементы проводки газа); 3) проверить все провода сетевого тока (исправность изоляции и наличие вилок), категорически запрещается включать в розетки питания оголенные концы проводов; 4) проверить провода, предназначенные для коммутации приборов и составления рабочей схемы (они не должны иметь лишенных изоляции мест); 5) проверить у всех приборов тумблеры и другие переключатели сети - они должны находиться в положении «выкл.».

  Включение приборов в сеть должно проводиться переключателями, расположенными на приборах.

  После включения приборов следует: 1) проверить по световым индикаторам, все ли приборы получили питание (если индикатор не горит, необходимо обратиться к преподавателю и совместно установить причину неисправности; чаще всего это бывает связано с перегоранием предохранителя прибора или лампочки светового индикатора); 2) помнить, что ламповые электронные приборы начинают стабильно работать только после предварительного прогрева в течение 15-30 мин; для большинства транзисторных приборов этот срок составляет до 2-5 мин. 

    Работа 1 

    Тема: «Тестирующие нагрузки в физиологическом эксперименте»

    Цель: изучить наиболее известные методы тестирования и комбинированные модели, и тесты, используемые для исследования физической выносливости у лабораторных животных, эмоциональной устойчивости и тревожности. 

    Вопросы для самоподготовки 

1. Условия и порядок проведения оценки субмаксимальной работоспособности (тест RWC₁₇₀).
2. Тестирование физической выносливости у лабораторных животных (бег на тредбане, плавание). Значение.
3. Тест «Открытое поле». Его описание и значение.
4. Сущность многопараметрического теста, его описание.

 

Литература 

1. Батуев А.С. Высшая нервная деятельность. М., 1991 г.
2. Большой практикум по физиологии человека и животных. / Под ред. Б.А. Кудряшова - М.: Высшая школа, 1984 г.
3. Гуминский А.А., Леонтьева Н.Н., Маринова К.В. Руководство к лабораторным занятиям по общей физиологии. - М.: Просвещение, 1990 г.
4. Малый практикум по физиологии человека и животных. / Под ред. А.С. Батуева - СПб.: Изд-во СПбГУ, 2001 г.
5. Методики и основные эксперименты по изучению мозга и поведения. Я. Буреш, О. Бурешива, Д. Хьюстон / Перевод с англ. - М.: Высшая школа, 1991 г.
6. Методы исследований в психофизиологии. / Под ред. А.С. Батуева - СПб, 1994 г.
7. Методы клинической нейрофизиологии. / Под ред. В.Б. Гречина - Л., 1977 г.
8. Общий курс физиологии человека и животных. В 2 Т. / Под ред. А.Д. Ноздрачева - М., 1991 г.
9. Практикум по нормальной физиологии. / Под ред. Н.А. Агаджаняна - М.: Изд-во РУДН, 1996 г.

 
 

    Работа 2 

    Тема: «Аппаратура и методы изучения электрофизиологических функций»

    Цель: ознакомиться с условиями и тенденциями возникновения и развития электрофизиологии, внесению сферы практического использования аппаратуры. Изучение электрофизиологических методов.

     

    Вопросы для самоподготовки 

1. Предмет и задачи электрофизиологии.
2. Возникновение и первые шаги электрофизиологии.
3. Области практического использования электрофизиологии.
4. Схемы связей между приборами и объектами исследования.
5. Электронная аппаратура и правила эксплуатации электронной аппаратуры.
6. Электрофизиологические методы (внеклеточное и внутриклеточное отведение и регистрация биопотенциалов, метод вызванных потенциалов, электроэнцефалография, электрокарунография.

 

Литература 

1. Батуев А.С. Высшая нервная деятельность. М., 1991 г.
2. Большой практикум по физиологии человека и животных. / Под ред. Б.А. Кудряшова - М.: Высшая школа, 1984 г.
3. Гуминский А.А., Леонтьева Н.Н., Маринова К.В. Руководство к лабораторным занятиям по общей физиологии. - М.: Просвещение, 1990 г.
4. Малый практикум по физиологии человека и животных. / Под ред. А.С. Батуева - СПб.: Изд-во СПбГУ, 2001 г.
5. Методики и основные эксперименты по изучению мозга и поведения. Я. Буреш, О. Бурешива, Д. Хьюстон / Перевод с англ. - М.: Высшая школа, 1991 г.
6. Методы исследований в психофизиологии. / Под ред. А.С. Батуева - СПб, 1994 г.
7. Методы клинической нейрофизиологии. / Под ред. В.Б. Гречина - Л., 1977 г.
8. Общий курс физиологии человека и животных. В 2 Т. / Под ред. А.Д. Ноздрачева - М., 1991 г.
9. Практикум по нормальной физиологии. / Под ред. Н.А. Агаджаняна - М.: Изд-во РУДН, 1996 г.

 
 
 
 
 
 

    Работа 3 

    Тема: «Методические приемы, используемые при проведении хронического эксперимента»

    Цель: изучить основные теоретические вопросы, связанные с практикуемыми операционными приемами в экспериментальной физиологии.