Физиология возбудимых тканей. Механизмы регуляций физиологических функций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Приднестровский государственный университет

им. Т.Г. Шевченко

Медицинский факультет

Кафедра физиологии и фармакологии

Методические указания к лабораторным занятиям по нормальной физиологии (для студентов II курса)

тема: Физиология возбудимых тканей. Механизмы регуляций физиологических функций

Тирасполь, 2007

Краткая аннотация

Методические указания помогают студентам в изучении основных вопросов теории, акцентируют внимание на наиболее важных понятиях.

Данные методические указания включают в себя все необходимые разделы: теоретическое обоснование, подробное описание хода лабораторных работ, целью которых является практическое закрепление полученных теоретических знаний.

Тема №1. Предмет физиологии, задачи практикума по физиологии. Методы физиологического исследования и регистрации физиологических функций

Первое занятие по практическому курсу проводится преподавателем в виде беседы и демонстрации аппаратуры и некоторых экспериментальных приемов, используемых в физиологии.

План занятия:

1. Знакомство студентов с порядком работы на практических занятиях и с соблюдением техники безопасности.

2. Изучение методов физиологических исследований.

3. Знакомство с аппаратурой для раздражения и регистрации физиологических функций.

4. Приготовление нервно-мышечного препарата.

5. Оформление протокола занятий.

Оснащение занятия: кимограф, миограф, рычажок Энгельмана, электростимулятор, электроды, провода, препаровальный набор, лягушка, салфетка, лоток, раствор Рингера.

Основные положения, с которыми преподаватель знакомит студентов:

I. А. Студенты приходят на практические занятия в белом халате и в шапочке. Опоздания категорически запрещаются.

Б. За каждой группой студентов закрепляется рабочее место, на котором в течение всего года должны соблюдаться чистота, порядок, а также бережное отношение к мебели и инвентарю кафедры.

В. Студент обязан заранее ознакомиться с темой предстоящего занятия и изучить теоретический материал согласно разработанным вопросам.

Перед выполнением практических работ проводится собеседование для определения уровня знаний студентов по теоретическому материалу.

Все практические занятия должны приобретать характер небольшой научно-исследовательской работы, подтверждающей положение теоретического курса. Каждому студенту следует активно участвовать в экспериментах, проявлять творческий и исследовательский интерес.

Для выполнения работы дежурный студент получает у лаборанта кафедры необходимые инструменты, аппараты, животных и т.д. По окончании занятий студенты убирают рабочие места, моют инструменты, а дежурный сдает полученные аппараты.

Приступая к выполнению экспериментальных работ, студент должен в первую очередь ознакомиться с правилами техники безопасности, которые изложены в настоящей методической разработке, и расписаться в журнале.

После завершения работы студенты оформляют протокол, который подписывается преподавателем в конце занятия. Оформляются протоколы в специальной толстой тетради, на обложке которой студент указывает фамилию, имя, отчество, номер группы и факультет. Протокольные записи ведутся аккуратно черными чернилами или пастой, рисунки выполняются цветными карандашами или фломастерами. При сдаче экзамена студент представляет экзаменатору свою протокольную тетрадь.

Ход работы

В данном разделе протокола студент дает краткое описание проделанной работы и наблюдений, вписывает полученные результаты, которые сопровождаются схемами, рисунками, таблицами, графиками, вклеивает кимограммы и другие материалы, полученные при регистрации физиологических функций.

Усвоение материала по каждому разделу определяется на итоговых занятиях, которые проводятся в соответствии с учебным рабочим планом кафедры. Оценки, полученные студентами, заносятся в журнал и сохраняются до экзамена.

Пропущенные по уважительным причинам занятия отрабатываются во внеурочное время в соответствии с графиком, установленном кафедрой.

Примечание: Первую часть протокола, до раздела «Ход работы», студент заполняет до начала занятия (на основании настоящего руководства и плана практических занятий кафедры).

Правила по технике безопасности при работе в физиологической лаборатории

1. Рабочее место должно быть свободно от посторонних предметов. На столе должны находиться только необходимые для работы приборы и реактивы, рабочая тетрадь с заданиями по теме.

2. При выполнении лабораторной работы следует строго придерживаться методических указаний, пользоваться приборами и реактивами, предназначенными непосредственно для данной работы.

3. Все опыты с ядовитыми и неприятно пахнущими веществами следует проводить только в вытяжном шкафу. Выливать их в раковину категорически запрещается!

4. Легко воспламеняющиеся жидкости (спирт, эфир, и др.) нельзя наливать в пробирки вблизи огня. Нагревать эти вещества на открытом пламени и открытых электрических плитах запрещается!

5. Запрещается входить в лабораторию в верхней одежде, принимать пищу и курить.

6. Пробовать реактивы и их растворы на вкус строго запрещается!

7. Студенты не должны без разрешения преподавателя или специальной инструкции включать и выключать приготовленные к занятию приборы.

8. Перед включением электрических приборов в электрическую сеть следует проверить заземление.

9. Категорически запрещается включать в розетки питания оголенные концы проводов.

10. Необходимо регулярно проверять провода, предназначенные для питания приборов, на них не должно быть лишенных изоляции участков.

11. Перед уходом из лаборатории необходимо выключить все нагревательные и осветительные приборы, закрыть водопроводные краны и окна.

II. Преподаватель знакомит студентов с методами исследования физиологических функций: наблюдения, вивисекции, изолированных органов, хронического исследования. Необходимо отметить, что разные методические подходы определили основные этапы развития экспериментальной физиологии: аналитический, синтетический, аналитико-синтетический, кибернетический.

III. Следующий этап - знакомство студентов с аппаратурой, применяемой для раздражения и регистрации.

Для раздражения в физиологическом эксперименте обычно используют лабораторные электростимуляторы.

Демонстрируют приборы для механической регистрации физиологических функций (кимограф, рычажок Энгельмана, миограф, воздушная капсула Марея), а также приборы, используемые как для физиологических экспериментов, так и для клинико-физиологических исследований (электрокардиограф, метатест, электроэнцефалограф, полиграфии и др.).

Приготовление нервно-мышечного препарата

Цель работы: ознакомиться с методикой приготовления нервно- мышечного препарата.

Необходимо для работы: лягушка, препаровальный набор, дощечка, раствор Рингера.

Проведение работы:

1. Обездвижить лягушку путем разрушения спинного мозга кровавым или бескровным способом;

2. Взять лягушку за задние лапки, повернуть вниз брюшком и, отступив на 1,5 см выше крестца ( ростральнее места сгиба), перерезать позвоночник. Дугообразным разрезом вдоль крестца удалить свисающую переднюю половину туловища со всеми внутренними органами (рис.1, п.1);

3. Держа задние лапки левой рукой за позвоночник, правой - (используя марлевую салфетку) снять с них кожу (препарат задних лапок лягушки) (рис.1, п.2,3);

4. Полученный препарат разделить пополам, разрезав его вдоль позвоночника и симфиза (рис.1, п.3, 4);

5. Положить лапку на препаровальную дощечку, изучить выход корешков, образующих седалищный нерв, отпрепарировать его до тазобедренного сустава. Положить конечность дорсальной стороной вверх, стеклянным крючком раздвинуть мышцы бедра, найти седалищный нерв и осторожно освободить его на всем протяжении от выхода из позвоночника до коленного сустава. Удалить мышцы и кости выше коленного сустава (препарат одной задней лапки) (рис.1, п.5,6);

6. Перерезать ахиллово сухожилие у пяточной кости, отвести от голени икроножную мышцу и удалить голень ниже коленного сустава. Полученный нервно-мышечный препарат должен состоять из икроножной мышцы, коленного сустава и седалищного нерва (рис. 1, п.7,8).

Для приготовления изолированной мышцы требуется удалить седалищный нерв.

Во время приготовления нервно-мышечного препарата необходимо соблюдать следующие условия. Кость резать большими ножницами, мягкие ткани - маленькими. Не прикасаться к нерву металлом! Препарируя седалищный нерв, пользоваться только стеклянным крючком. Нерв не травмировать и не растягивать! Препарат постоянно орошать раствором Рингера.

Рис.1 Этапы приготовления нервно-мышечного препарата:

1. обездвиживание лягушки и перерезка позвоночного столба

2. снятие кожи с задних конечностей

3. разделение лапок по срединной линии

4. удаление копчика

5 и 6. препарирование седалищного нерва

7. отделение икроножной мышцы с пяточным сухожилием и перерезка бедра и голени

8. нервно-мышечный препарат

V. В конце занятия студенты под руководством преподавателя оформляют первый протокол по указанной выше форме.

Тема №2. Физиология возбудимых тканей. Строение и физиологические функции биологических мембран возбудимых тканей

Необходимо знать:

1. Основные цели и задачи курса нормальной физиологии.

2. Перечислить принципы, лежащие в основе жизнедеятельности живых организмов. Понятие гомеостаза.

3. Функциональные системы организма (определение понятия, виды функциональных систем).

4. Раздражимость и возбудимость клеток - универсальные свойства живой материи.

5. Современные представления о структуре и функциях биологических мембран. Мембранные каналы, их классификация. Виды транспорта веществ через мембрану.

6. Поляризованность мембраны (мембранный потенциал покоя), как необходимое условие ее возбудимости. Механизмы формирования потенциала покоя, способы регистрации.

7. Процессы, возникающие в мембране при действии стимулов подпороговой и пороговой величины. Основные особенности локального ответа мембраны, значение критического уровня деполяризации.

8. Потенциал действия, его фазы и ионные механизмы. Следовые потенциалы.

9. Зависимость пороговой силы раздражителя от его длительности (реобаза, хронаксия). Явление аккомодации.

10. Фазы изменения возбудимости при возбуждении (рефрактерность). Понятие о лабильности (Н.Е. Введенский).

11. Парабиоз, его фазы. Значение учения Введенского о парабиозе для биологии и медицины.

Ключевые понятия и определения

Функциональная система - совокупность органов, тканей и клеток организма, функциональное взаимодействие между которыми, приводит к достижению полезного результата.

Полезный результат (основной системообразующий фактор) - достижение гомеостаза.

Гомеостаз - относительное постоянство параметров внутренней среды организма, необходимое для нормального существования живого организма: уровень артериального давления, сахара в крови, постоянство рН, осмотического давления, температуры и т.д.

Раздражимость - способность активно отвечать на внешнее воздействие той или иной формой деятельности, например, усилением метаболизма и роста, ускорением деления, выбросом секрета, движение, электрическим импульсом.

Возбудимость - способность специализированной ткани (нервной, мышечной, железистой) отвечать реакцией возбуждения на действие раздражителей.

Мембранный потенциал покоя (МПП) - разница потенциалов, существующая между наружной и внутренней поверхностями мембраны возбудимой клетки, в состоянии покоя.

Возбуждение - специфический физиологический ответ возбудимой клетки, связанный с изменением свойств мембраны, которое обусловлено действием раздражителя, обладающего определенным запасом энергии.

Возбуждение местное (локальное) - процесс локальной, не распространяющейся деполяризации мембраны без ее реверсии (перезарядки): локальный ответ (ЛО), постсинаптический потенциал, рецепторный потенциал.

Возбуждение распространяющееся (потенциал действия) - быстрое колебание мембранного потенциала (деполяризация мембрана с последующей реверсией заряда).

Порог раздражения - минимальная сила раздражителя, которая способна вызвать в возбудимых клетках возбуждение - потенциал действия (ПД).

Рефрактерность - состояние полного исчезновения (абсолютная рефрактерность) или снижения (относительная рефрактерность) возбудимости клетки в момент ее возбуждения, связанное с изменениями процессов активации и инактивации ион-селективных каналов.

Лабильность (функциональная подвижность) - скорость протекания элементарного акта возбуждения (понятие введено Н.Е. Введенским). Мерой лабильности является предельный ритм возбуждения (максимальное число ПД), который возбудимая структура способна генерировать в полном соответствии с ритмом раздражения.

Необходимо уметь:

1. Воспроизвести первый и второй опыты Гальвани.,

2. Уметь определить порог раздражения мышцы и нерва.

Работа №1. Первый опыт Гальвани (сокращение с металлом).

Цель работы: воспроизвести классический опыт Гальвани для знакомства с историей открытия животного электричества.

Необходимо для работы: лягушка, медный крючок, припаянный к цинковой пластинке, препаровальный набор.

Проведение работы:

1. Приготовить препарат задних лапок лягушки (см. протокол №1).

2. Зафиксировать препарат задних лапок лягушки на медном крючке.

3. Покачивая препарат, пронаблюдать за сокращением мышц в момент соприкосновения лапки с цинковой пластинкой (рис. 2а).

Работа №2. Второй опыт Гальвани (сокращение без металла).

Цель работы: убедиться в том, что между поврежденным и неповрежденным участками мышцы имеется разница потенциалов, которая обладает раздражающим действием.

Необходимо для работы: лягушка, препаровальный набор, дощечка.

Проведение работы:

1. Приготовить препарат одной задней лапки (см. протокол №1).

2. На икроножной мышце ножницами сделать надрез ближе к коленной чашечке.

3. Седалищный нерв, поддерживая за позвоночник, легко набросить на мышцу так, чтобы он касался поврежденного и неповрежденного участков. В момент соприкосновения наблюдается сокращение мышцы (рис. 2б).

Рис. 2. Препарат задних лапок лягушки на гальваническом крючке

Опыт Гальвани с металлом (а) и без него (б)

Работа №3. Наблюдение раздражения мышцы токами действия (опыт Маттеучи. Вторичный тетанус).

Цель работы: убедиться в том, что при возбуждении мышцы возникают потенциалы действия, способные распространяться и раздражать нервно-мышечный препарат.

Необходимо для работы: лягушка, препаровальный набор, дощечка, электростимулятор.

Проведение работы:

1. Уложить два препарата задних лапок лягушки на дощечку так, чтобы нерв одного препарата располагался на мышце второго, а нерв второго - на электродах, соединенных с раздражающим прибором.

2. Нанести частые раздражения. При этом наблюдаем сокращение мышцы обоих препаратов, (рис.3А)

3.

Рис. 3 Схема опыта Маттеучи (А) и раздражения нервно-мышечного препарата токами действия сердца (Б)

1 - сердце лягушки (изолированное или in situ), 2 - седалищный нерв

Работа №4. Наблюдение раздражения нервно-мышечного препарата потенциалами действия сердца (опыт Гинецинского).

Цель работы: та же, что и в предыдущей работе.

Необходимо для работы: лягушка, препаровальный набор, дощечка.

Проведение работы:

1. В передней части туловища лягушки, оставшейся после приготовления нервно-мышечного препарата, обнажить и изолировать сердце. Можно взять интактную лягушку, обездвижить и приколоть булавочками к деревянной дощечке. Разрезать кожу, приподнять грудину, подрезать ключицы и удалить всю грудную стенку, обнажив сердце.

2. Седалищный нерв препарата задней лапки лягушки набросить вдоль на сокращающееся сердце.

3. Наблюдать сокращение мышцы в ритме возбуждения и сокращения сердца (рис. №3б). Сделать выводы.

Работа №5. Определение пороговой силы раздражителя при прямом и непрямом раздражении мышцы одиночными стимулами.

Цель работы: определить порог раздражения мышцы и нерва. На основании наблюдения сделать выводы о возбудимости нервной и мышечной ткани.

Необходимо для работы: лягушка, препаровальный набор, дощечка, электростимулятор.

Проведение работы:

1. Приготовить нервно-мышечный препарат одной задней лапки лягушки.

2. Включить в сеть электростимулятор, тумблер показателя величины стимула установить в нулевое положение.

3. На раздражающие электроды поместить седалищный нерв.

4. Определить пороговое значение раздражителя. При раздражении мышцы электростимулятором, находим положение тумблера, при котором появляется слабое сокращение. Итак, мы определили пороговое значение стимула - минимальную силу тока-раздражителя, достаточную для того, чтобы вызвать возбуждение.

5. Раздражающие электроды поместить прямо на мышцу (перед раздражением желательно обработать препарат миорелаксантом), и как в предыдущем случае определить порог раздражения мышцы.

6. В протокол внести полученные результаты, сделать выводы.

Тема №3. Особенности структуры и функции нервных волокон. Физиология нервно-мышечного синапса

Необходимо знать:

1. Морфологические и физиологические особенности нервного волокна.

Классификация нервных волокон. Виды аксонального транспорта, понятие

трофического контура.

2. Законы проведения возбуждения по нервным волокнам.

3. Механизм проведения возбуждения в миелиновых и безмиелиновых нервных волокнах.

4. Нервно-мышечное соединение (синапс). Особенности строения, физиологические свойства пресинаптической и постсинаптической мембраны.

5. Механизм передачи возбуждения в синапсе, хемовозбудимые каналы. Холинэстераза и её роль в процессах нервно-мышечной передачи.

6. Законы проведения через синапс. Возможные механизмы блокады проведения возбуждения через синапс. Миорелаксанты.

Ключевые понятия и определения

Нейрон-главный структурно-функциональный элемент нервной системы.

Основными функциями нейрона являются восприятие, переработка информации и передача сигнала либо другой нервной клетке, либо органу-исполнителю.

Важнейшая специфическая функция отростков нейронов (нервных волокон)- проведение возбуждения.

Классификация нервных волокон:

· По особенностям строения (миелиновые и безмиелиновые)

· По функциональному значению - афферентные (чувствительные )

и эфферентные (двигательные);

· струтурно-функциональная классификация по Эрлангеру - Гассеру

представлена в таблице:

Тип волокна	Средний диаметр (мкм)	Средняя скорость проведения (м/с)	Длительность абсолютной рефрактерности (мс)
А-	20,0	70-120	0,4
А-	10,0	30-70	-
А-	5,0	15-30	-
А-	2,5	12-30	0,8
В	2,5	3-12-15	1,2
С	1,2	0,5-2	2,0

Распространение нервного импульса - потенциала действия (ПД) в нервном волокне осуществляется при помощи местных токов, возникающих между возбужденным и невозбужденным участками мембраны. Этот механизм распространения возбуждения достаточно широко используется и в других возбудимых структурах.

Распространение и передача информации осуществляется не только при помощи залпов нервных импульсов в нервных волокнах (кабельные свойства волокна), но и при помощи других механизмов, связанных с использованием химических передатчиков информации и хеморецептивных свойств возбудимых мембран.

Синапс - специализированная структура, обеспечивающая передачу информации с нервной клетки на иннервируемую структуру (рис.4).

Основными структурными особенностями синапса являются три элемента:

· пресинаптическая мембрана, которая покрывает окончание нервного волокна;

· постсинаптическая мембрана - участок мембраны иннервируемой клетки, в которой имеются хеморецепторы - белки, чувствительные к действию того или иного медиатора;

· синаптическая щель - расстояние между пре- и постсинаптической мембраной (в различных синапсах может иметь различную величину).

Рис 4. Схема химического синапса

1. пресинаптическое окончание

2. синаптическая щель

3. постсинаптическая мембрана

4. везикулы, содержащие медиатор

Р. Рецептор постсинаптической мембраны

ВПСП и ТПСП - возбуждающий и тормозной постсинаптические потенциалы соответственно(на постсинаптической мембране может возникнуть деполяризация либо гиперполяризация только локального характера).

Еще одна особенность постсинаптической мембраны - наличие хемовозбудимых ионных каналов. На постсинаптической мембране никогда не возникает потенциал действия!

Миорелаксанты - это лекарственные вещества, которые блокируют Н-холинорецепторы в нервно-мышечных синапсах.

Аксональный транспорт - это передвижение от тела клетки к окончанию аксона синтезированных в клеточных органеллах секреторных гранул, в состав которых могут входить различные физиологически активные вещества: ферменты, медиаторы, гормоны, нейропептиды, аминокислоты, трофогены.

Помимо прямого аксонного транспорта существует и обратный (ретроградный), сущность которого заключается в захватывании аксонными окончаниями (пиноцитоз) из синаптической щели различных веществ и транспортировка их в тело нейрона. Ретроградно в центральную нервную систему (ЦНС) могут проникать некоторые токсины, вирусы и вещества, выделяемые иннервируемой структурой, необходимые для нормальной деятельности нейрона, иннервирующего данную структуру.

Трофический контур - обмен между нейроном и иннервируемой клеткой факторами, регулирующими трофику обоих структур, благодаря наличию прямого и обратного аксонального транспорта.

Необходимо уметь:

1. Экспериментально воспроизвести три основные закона проведения возбуждения в нервных волокнах.,

2. Воспроизвести эффект действия миорелаксантов.

Работа №6. Законы проведения возбуждения по нервному волокну

Цель работы: воспроизвести в эксперименте три основных закона проведения возбуждения в нервных волокнах.

Необходимо для работы: лягушка, препаровальный набор, пластинка с наклеенными кусочками пробки для фиксации препарата, электростимулятор, электроды для раздражения нерва, лигатуры, р-р Рингера, р-р аммиака или хлороформа, ватные фитилечки.

Проведение работы:

1. Приготовить препарат задних лапок лягушки. Зафиксировать препарат за позвоночник в висячем положении в штативе (рис.4а).

2. Под каждый спинномозговой корешок пинцетом подвести лигатуру. Поддерживания нервный корешок при помощи лигатуры, подвести под него электроды и раздражать током пороговой силы. Наблюдать, какие группы мышц будут сокращаться. Повторить опыт, подводя электроды таким же образом под другие корешки (закон изолированного проведения возбуждения).

3. Зафиксировать препарат задних лапок лягушки энтомологическими булавками на пробковых пластинках. На дорсальной поверхности бедра разрезать кожу, раздвинуть мышцы и стеклянным крючком выделить седалищный нерв. Под него подвести ножницы и перерезать мышцы и бедренную кость в средней части, сохранив целостность нерва (рис. 4б).

4. Нанести частые раздражения током сверхпороговой силы на седалищный нерв и наблюдать сокращения мышц бедра и голени выше и ниже места разреза (закон двухстороннего проведения возбуждения по нервному волокну).

5. На седалищный нерв наложить ватный фитилек, смоченный хлороформом (или лигатуру). Раздражать седалищный нерв током пороговой силы выше и ниже места альтерации и наблюдать, в каком случае будет происходить сокращение икроножной мышцы (закон физиологической целостности нерва). Схемы опытов зарисовать в протокольную тетрадь. Сделать выводы.

Рис. 5. Схема проведения экспериментов, подтверждающих три основных закона проведения возбуждения в нервных волокнах

Воспроизведение закона изолированного проведения возбуждения (а) и двухстороннего проведения и физиологической целостности нервного волокна (б):

1. седалищный нерв

2. седалищный нерв (мышцы и кость бедра рассечены)

3. раздражающие электроды

4. место альтерации нерва

Работа№7. Влияние кураре на позу и поведение лягушки.

Цель работы: ознакомить студентов с эффектом действия одного из представителей миорелаксантов на организм животных.

Необходимо для работы: лягушка, стеклянный колпак, шприц, р-р кураре или 0,1 р-р миорелаксина.

Проведение работы:

1. Лягушку поместить под стеклянный колпак и в течении пяти минут наблюдать за ее поведением (обратить внимание на позу, движения, положение головы).

2. Ввести 01,-0,3 мл р-ра миорелаксина в спинной лимфатический мешок лягушки и продолжить свои наблюдения.

Обратить внимание на тот факт, что если лягушку теперь положить на спину, то она не станет стремиться вернуться в исходное положение. Через 5 мин. Исчезнет двигательная активность, дыхательные движения сначала замедляться, потом вообще исчезнут. Вскрыв грудную полость лягушки, можно убедиться в том, что ее сердце продолжает сокращаться.

Объяснить наблюдаемые явления и сделать выводы.

Работа №8. Исследование действия кураре на сокращение мышц.

Цель работы: та же, что и в предыдущей работе.

Необходимо для работы: лягушка, препаровальный набор, чашка Петри, электростимулятор, раздражающие электроды, 0,1% р-р миорелаксина, р-р Рингера.

Проведение работы:

1. Приготовить нервно-мышечный препарат.

2. Поместить препарат на дощечку и нанести раздражение током пороговой силы на нерв, а затем прямо на мышцу. Наблюдать за ее сокращением.

3. Внутримышечно ввести небольшую дозу любого миорелаксанта.

4. Через одну-две минуты снова произвести прямое и непрямое раздражение препарата. Если нарушения проведения возбуждения в нервно-мышечном соединении не произошло, опыт повторить через одну-две минуты.

5. В протоколе кратко описать ход работы, зарисовать схему опыта, сделать выводы.

Тема №4. Физиологические свойства скелетных и гладких мышц

Необходимо знать:

1. Значение скелетных и гладких мышц для организма. Физиологические свойства мышечного волокна, основного структурного элемента мышечной ткани.

2. Структурные элементы мышечного волокна, обеспечивающие проведение возбуждения и его сокращение. Саркомер.

3. Сопряжение процессов возбуждения и сокращения. Механизм сокращения мышц. Роль ионов Са²⁺. Мышечное расслабление.

4. Энергетика мышечного сокращения и расслабления. Процессы теплообразования в мышце. Значение аэробных и анаэробных процессов в обеспечении мышц энергией. Кислородный долг.

5. Одиночное мышечное сокращение, его фазы. Виды суммации мышечных сокращений (тетанус). Понятие оптимума и пессимума раздражения по Введенскому.

6. Понятие моторной единицы. Закон силы для скелетных мышц.

7. Работа и сила мышц. Методика расчета величины работы, выполняемой мышцей. Правило средних нагрузок.

8. Мышечное (физическое) утомление, его физиологические механизмы (для изолированной мышцы и в целостном организме). Значение трудов И.М. Сеченова. Адаптационно-трофическая роль симпатической нервной системы.

9. Гладкие мышцы, их значение для организма. Основные физиологические особенности. Механизм автоматизма. Особенности иннервации.

Ключевые понятия и определения

Поперечно-полосатые мышцы формируют двигательные аппараты скелета, глазодвигательный, жевательный и некоторые другие. Все эти мышцы (кроме мышцы сердца) лишены автоматизма, полностью контролируются центральной нервной системой и относятся к системе произвольной регуляции, т.е. подчиняются воле человека.

Моторная единица - комплекс, включающий один мотонейрон и иннервируемые им мышечные волокна в пределах данной мышцы.

Режимы сократительной деятельности включают в себя три вида:

· изотонический - когда мышца укорачивается при неизменном внутреннем напряжении;

· изометрический - когда мышца не укорачивается, а лишь развивает внутреннее напряжение;

· ауксотонический (смешанный)- наблюдается при обычных условиях трудовой деятельности.

Мышечные сокращения бывают двух видов:

Ш одиночное сокращение - возникает при действии одиночного стимула и состоит из трех фаз: латентного периода, периода укорочения и периода расслабления (рис. 6);

Ш тетаническое - возникает при ритмической стимуляции мышцы с частотой более 10 имп/с. При этом происходит слияние и наложение (суперпозиция) одиночных сокращений. В зависимости от частоты стимуляции может возникнуть неполная суммация или зубчатый тетанус. При более высокой частоте стимуляции наблюдается полная суммация или гладкий тетанус.

Оптимум раздражения - частота стимуляции, при которой возникает тетанус с наибольшей амплитудой.



Рис. 6 Механизм суммации мышечных сокращений

возбудимый ткань физиологический нервный

Стрелками показаны моменты стимуляции

Периоды мышечного сокращения:

I. латентный

II. укорочения

III. расслабления

Б. Одиночные сокращения

В. Зубчатый тетанус (неполная суммация)

Г. Гладкий тетанус (полная суммация)

Пессимум раздражения - частота стимуляции, при которой происходит снижение амплитуды тетануса или полное расслабление мышцы.

При поднятии груза в изотоническом режиме мышцы выполняют работу (А), которая вычисляется по формуле: А=Ph=Р?б,

Р - вес груза

h- высота подъема груза

?б - укорочение мышцы.

Утомление мышцы - снижение амплитуды или полное расслабление мышц в результате длительной стимуляции и выполнения работы. Утомление изолированной мышцы связано в первую очередь с накоплением в ней (внутри волокон и в межклеточных щелях) ряда продуктов метаболизма, ацидоза, дефицита кислорода и питательных веществ. В целостном организме мышечное утомление развивается как отказ от работы аппаратов ЦНС, т.е. первичное утомление возникает в двигательных нервных центрах. Вторичное утомление может возникнуть в элементах нервно-мышечной передачи возбуждения.

Необходимо уметь:

1. Зарегистрировать разные виды сокращений скелетной мышцы.,

2. Определить мышечную силу.,

3. Произвести регистрацию биопотенциалов мышц у человека.,

4. Произвести динамометрию.

Работа №10. Одиночное и титаническое сокращение скелетной мышцы.

Цель работы: зарегистрировать одиночное и тетаническое сокращение скелетной мышцы и изучить условия, при которых возникают разные виды суммации мышечных сокращений.

Необходимо для работы: лягушка, препаровальный набор, миограф, кимограф с наклеенной бумагой, электростимулятор для раздражения, растворр Рингера, чернила.

Проведение работы:

1. Приготовить препарат икроножной мышцы лягушки. Зафиксировать его в миографе и отрегулировать запись на бумаге кимографа.

2. Подсоединить провода от электростимулятора к клеммам кимографа.

3. Нанести одиночные стимулы разной величины. Записать одиночные сокращения мышцы. Наблюдать зависимость амплитуды сокращения от величины стимула (закон силы).

4. Включить кимограф, зафиксировать барабан и, нанося ритмические раздражения стимулом пороговой величины, записать кривые зубчатого и гладкого тетануса. Обратить внимание на частоту стимуляции, при которой получается зубчатый и гладкий тетанус.

5. При оформлении протокола необходимо полученные кимограммы вклеить в протокольную тетрадь, описать фазы одиночного мышечного сокращения и условия, при которых возникает тетаническое сокращение (полная и неполная суммация мышечных сокращений), (рис.6 и 7).

Рис. 7 Зависимость характера мышечного сокращения от частоты раздражения

Зубчатый и гладкий тетанус:

1. одиночные сокращения;

2. зубчатый тетанус;

3. гладкий тетанус и контрактура;

4. падение амплитуды сокращения при пессимальной частоте раздражения (стрелками обозначена нарастающая частота раздражений).

Работа №11. Работа и утомление изолированной скелетной мышцы.

Цель работы: изучить зависимость работы мышцы от нагрузки и определить мышечную силу. Записать кривую утомления икроножной мышцы лягушки. Проанализировать механизм утомления изолированной икроножной мышцы.

Необходимо для работы: лягушка, препаровальный набор, кимограф, р-р Рингера, электростимулятор, линейка, набор грузов, весом 10, 20, 50, 100, 200 г.

Проведение работы:

1. Приготовить препарат изолированной икроножной мышцы лягушки, зафиксировать его в миографе и отрегулировать запись на кимографе (рис.8).

2. Первое сокращение мышцы записать без груза (стимул пороговой величины).

3. В дальнейшем записать серию сокращений с поднятием груза (гирька при помощи крючка подвешивается к подвижному рычагу миографа в месте фиксации мышцы). Величину груза увеличивать до тех пор, пока мышца не сможет его поднять.

4. Произвести расчет проделанной работы. Для этого необходимо измерить на кимографе высоту каждого сокращения (Н) в соответствии с поднимаемым грузом и данные внести в таблицу. Измерить длину записывающего рычага L и расстояние от оси вращения до места крепления мышцы к рычагу 1. Для каждой величины Н вычислить истинную величину подъема груза по формуле h=I^.H/L (на основании подобия двух треугольников), в которых L/I=H/h (рис. 9)



Рис. 8 Схема установки для графической регистрации мышечных сокращений

1. стимулятор УЭС-1

2. универсальный штатив

3. вертикальный миограф

4. мышца лягушки, фиксированная за коленный сустав (сверху) и пяточное сухожилие (снизу)

5. подвижное плечо миографа

6. кимограф

7. барабан кимографа

Данные записать в таблицу и на основании полученных результатов построить график зависимости работы от нагрузки.



Рис. 9 Схема измерения основных показателей для расчета произведенной работы.

Необходимо учесть вес груза, который фиксируется к подвижному рычагу в месте крепления мышцы (на схеме груз не обозначен).

5. Мышцу смочить раствором Рингера (можно мышцу заменить на свежую).

6. Найти силу тока, вызывающую максимальное сокращение мышцы.

7. Записывать серию одиночных сокращений мышцы до тех пор, пока амплитуда сокращений не уменьшится или не произойдет полное расслабление мышцы, при сохранении стимуляции. Отметить время, через которое наступило выраженное утомление.

8. Опыт можно повторить, увеличивая частоту стимуляции или подвешивая груз разной величины при одном и том же ритме раздражений.

9. Полученную кимограмму (или несколько кимограмм) вклеить в протокол и проанализировать. Ответить, почему развивается утомление, и при каких условиях оно будет развиваться быстрее.

Работа №12. Электромиография (ЭМГ).

Цель работы: ознакомиться с методикой регистрации биопотенциалов мышц у человека.

Необходимо для работы: испытуемый, электромиограф или электрокардиограф, пластинчатые электроды, физиологический раствор, спирт, динамометр.

Проведение работы:

1. Познакомиться с элементами электромиографической установки, принципом наложения электродов для регистрации электромиограммы.

2. У испытуемого для обезжиривания протереть кожу предплечья спиртом.

3. На предплечье зафиксировать пластинчатые электроды с межэлектродным расстояние 6-8 см.

4. На другое предплечье (или ногу) наложить электрод для заземления объекта.

5. Электромиограмма регистрируется при сгибании пальцев руки с легким, средним и максимальным усилий (величина усилия дозируется по показаниям динамометра, который испытуемый держит в руке).

6. На записанных электромиограммах необходимо отметить изменения (количество импульсов и амплитуду), которые зависят от силы мышечного сокращения.

Работа №13. Динамометрия. Исследование максимального мышечного усилия и силовой выносливости мышц кисти.

Цель работы: ознакомить студентов с методом определения уровня работоспособности и выносливости мышц с использованием метода динамометрии.

Необходимо для работы: кистевой динамометр, секундомер.

Проведение работы:

1. Испытуемому в положении стоя отвести вытянутую руку с динамометром в сторону под прямым углом к туловищу. Вторую руку опустить и расслабить.

2. По сигналу экспериментатора испытуемый дважды должен выполнить максимальное усилие на динамометре. Силу мышц оценить по лучшему результату.

3. Испытуемому выполнить 10 раз усилия с частотой 1 раз в 5 сек. Результаты записать и определить уровень работоспособности по формуле:

P=(f₁+f₂+f₃+….f_n) / n,

где Р - уровень работоспособности; f₁+f₂+f₃+….f_n - показатели динамометра при отдельных мышечных усилиях; n - количество попыток.

4. Эти же результаты можно использовать для определения показателя снижения работоспособности мышц:

S= [(f₁-f_min)/f_max] x 100,

где S - показатель снижения работоспособности мышцы; f₁ - величина начального мышечного усилия; f_min f_max - минимальная и максимальная величины усилия соответственно.

Результаты можно сравнить у нескольких испытуемых с различной степенью тренированности.

Тема №5. Учение о рефлексе. Понятие о нервном центре. Особенности распространения возбуждения в нервных центрах

Необходимо знать:

1. Нейрон как структурная и функциональная единица центральной нервной системы, его физиологические функции и взаимосвязь глиальными клетками, способы переработки информации одиночным нейроном.

2. Строение, классификация и функциональные свойства синапсов ЦНС. Особенности передачи возбуждения в них, медиаторы.

3. Рефлекторный принцип регуляции функций организма (Р.Декарт, Г. Прохаска), его развитие в трудах И.М. Сеченова, И.П. Павлова, П.К. Анохина.

4. Принцип рефлекторной теории. Классификация рефлексов.

5. Рефлекторная дуга, ее звенья. Принцип обратной связи. Понятие нервного центра. Нервный центр в узком и широком смысле.

6. Особенности организации нейрональных цепей в ЦНС. Принцип общего конечного пути (Шеррингтон).

7. Одностороннее и замедленное проведения возбуждения в нервных центрах. Понятие центрального времени рефлекса, от каких факторов оно зависит. Явление окклюзии.

8. Механизмы, облегчающие проведение возбуждения в нервных центрах: тонус нервных центров, явление суммации, трансформация ритма, последствие, посттетаническая потенциация.

9. Лабильность и утомляемость нервных центров. Принцип доминанты в деятельности нервных центров (А.А. Ухтомский). Свойства нейронов доминантного очага.

Ключевые понятия и определения

Элементарной единицей ЦНС является нейрон. Его клеточная мембрана представляет поле, на котором происходит интеграция синаптических влияний.

Структура нейрона	Основные функции
1. рецепторы (первичные афферентные нейроны)	восприятие раздражения и преобразование его в нервный импульс (залп импульсов, паттерн)
2. дендриты	восприятие раздражения (возбуждения), проведение возбуждения
3. тело нейрона	интеграция возбуждающих и тормозных влияний вследствие взаимодействия ВПСП и ТПСП; выполнение трофической функции; синтез нейрогормонов и других активных веществ
4. аксональный холмик (начальный сегмент аксона)	возникновение потенциала действия
5. аксон	проведение нервного импульса
6. терминальные ветвления аксона с образованием бляшек	Передача информации путем выделения специального вещества (медиатора нейропептида, нейрогормонов)

Классификация синапсов ЦНС

1. Нейроны ЦНС, аксоны которых выходят на периферию образуют конечно эффекторные синапсы (например, нервно-мышечные).

2. В пределах ЦНС образуются синапсы:

· аксосоматические;

· аксодендритические;

· аксо-аксональные.

3. По способу передачи информации различают:

· электрические;

· химические;

· смешанные синапсы.

Следует отметить, что в ЦНС млекопитающих и человека наибольшую роль играют химические синапсы!

4. В зависимость от влияния освобожденных медиаторов на ионную проницаемость постсинаптической мембраны выделяют:

· возбуждающие;

· тормозные синапсы.

5. В зависимости от выделяемого медиатора синапсы могут классифицироваться так:

· Холинергические;

· Адренергические;

· дофаминергические;

· серотониненергические и т.д.

Переработка информации одиночным нейроном включает два механизма:

- Первый, наиболее быстрый, заключается в механизме суммации ВПСП и ТПСП, скорости нарастания амплитуды постсинаптических потенциалов, что в конечном итоге, определяет процессы, происходящие в триггерной зоне: возникновение ПД, либо его отсутствие.

- Второй, заключается в том, что медиатор, после его взаимодействия с мембранными рецепторами, активирует систему вторичных посредников (мессенджеров), что приводит к изменениям в геноме клетки и синтезу новых белков (белков обучения). Описанный механизм лежит в основе длительного сохранения информации и приобретения нейроном новых свойств.

Основным принципом деятельности центральной нервной системы является рефлекторный принцип.

Рефлекс - ответная реакция организма на раздражение из внешней или внутренней среды, осуществляющаяся с участием центральной нервной системы.

Рецептивное поле рефлекса - область тела, раздражение рецепторов которой, вызывает всегда определенную ответную реакцию (рефлекс).

Время рефлекса - время от начала действия раздражителя до наступления ответной реакции.

Центральное время рефлекса - время, затраченное на переработку информации в нервном центре. Оно зависит от степени сложности организации нервного центра, числа вставочных нейронов, исходного функционального состояния и тонуса нервного центра.

Структура рефлекса: 1 - рецептор, 2- афферентный путь, 3- нервный центр (совокупность элементарных нервных сетей), 4 - эфферентный путь, 5- эффектор (орган-исполнитель), 6 - обратная связь или санкционирующая афферентация, которая возникает при любом действии, поступает от рецепторов в ЦНС и информирует о произведенном действии.

Необходимо уметь:

1. Воспроизвести ряд рефлексов на экспериментальном животном.,

2. Определить время рефлекса.

Работа №15. Рецептивное поле рефлекса.

Цель работы: экспериментально доказать, что каждый рефлекс начинается с раздражения рецепторов и имеет свое поле.

Необходимо для работы: лягушка, штатив с крючком для ее фиксации, препаровальный набор, 1% раствор серной кислоты, банка с водой, фильтровальная бумага.

Проведение работы:

I. Произвести наблюдение рефлексов при раздражении соответствующих рецептивных полей на интактной лягушке.

Мигательный рефлекс. Дотронуться пинцетом до роговицы глаза лягушки и пронаблюдать за рефлекторной мигательной реакцией. Убедиться в том, что, раздражая другие участки тела, данный рефлекс получить невозможно.

Квакательный рефлекс. Сжать пальцами боковые поверхности тела самца лягушки и пронаблюдать за квакательным рефлексом. Убедиться в отсутствии данного рефлекса и при раздражении других рецептивных полей.

Обхватывательный рефлекс. Надавить на мозоли передних лапок самца или на область грудины и пронаблюдать за рефлексом обхватывания, который не может быть вызван с других рецептивных полей.

П. Произвести наблюдение рефлексов на спинальной лягушке при раздражении соответствующих рецептивных полей.

1. приготовить спинальную лягушку. Для этого браншу больших ножниц ввести в ротовую полость и отсечь верхнюю челюсть по задней линии глазниц (удалить головной мозг). Спинальную лягушку подвесить за нижнюю челюсть на крючке в штативе (рис. 10А);

2. кусочек фильтровальной бумаги (1х1 см) смочить 1% раствором серной кислоты и приложить к различным участкам кожи. Наблюдать рефлекторные реакции. Произвести раздражение области следующих кожных рецептивных полей: ахиллова сухожилия, голени, верхней части латеральной поверхности бедра, передних лапок, боковых поверхностей туловища;

3. отметить характер рефлекторных реакций при раздражении каждого поля. Схему рецептивных полей нарисовать в тетради (рис. 10Б).

Рис. 11 Схема установки для определения спинальных рефлексов

А - определение времени рефлекса по Тюрку: 1 - штатив; 2- лягушка

Б - рецептивные поля:1 - защитного сгибательного рефлекса;

2 - ритмического рефлекса потирания

Работа №16. Определение времени рефлекса по Тюрку.

Цель работы: научить студентов определять время двигательной реакции и установить зависимость времени рефлекса от силы раздражителя.

Необходимо для работы: лягушка, штатив с крючком для ее фиксации, стакан с водой, 0,25%, 0,5%, 1% растворы серной кислоты, фильтровальная бумага, секундомер.

Проведение работы:

1. Приготовить спинальную лягушку и подвесить ее за нижнюю челюсть на крючке штатива (см. рис. 10А).

2. Через одну-две минуты на поверхность голени наложить бумажку, смоченную 0,25% раствором серной кислоты, и одновременно включить секундомер. Отметить время от начала действия раздражителя до наступления ответной реакции (время кислотного сгибательного рефлекса). Лапку отмыть от кислоты, погружая в стакан с водой. Опыт повторить два раза.

3. Такие же опыты проделать с кислотой 0,5% и 1%. Полученные результаты внести в таблицу.

4. Провести анализ полученных результатов и сделать выводы.

Концентрация (%)	Номер измерения	Среднее время
	1	2	3
0,25%
0,5%
1%

Работа №17. Иррадиация возбуждения в спинном мозге.

Цель работы: познакомить студентов с внешними проявлениями иррадиации возбуждения в спинном мозге.

Необходимо для работы: лягушка, штатив с крючком для ее фиксации, препаровальный набор, электростимулятор.

Проведение работы:

1. Приготовить препарат спинальной лягушки и зафиксировать его на крючке в штативе.

2. Включить электростимулятор.

3. Прикладывая раздражающие электроды к поверхности кожи голени, подобрать пороговое значение стимула по появлению рефлекса сгибания лапки.

4. Усиливая последующие раздражения, пронаблюдать за изменением структуры рефлекторных ответов.

5. В протоколах описать наблюдаемые явления и объяснить, какой процесс называется иррадиацией возбуждения, и какие анатомические особенности нервных центров обеспечивают этот процесс.

Работа №18. Временная суммация возбуждения в центрах спинного мозга.

Цель работы: познакомить студентов с проявлениями и условиями возникновения суммации в нервных центрах спинного мозга.

Необходимо для работы: лягушка, штатив с крючком для ее фиксации, препаровальный набор, электростимулятор.

Проведение работы:

1. Приготовить препарат спинальной лягушки и зафиксировать его на крючке в штативе.

2. Включить стимулятор.

3. Приложить раздражающие электроды к поверхности кожи голени, подобрать пороговое значение стимула до появления рефлекса сгибания.

4. Величину раздражителя уменьшить. Обратить внимание, что рефлекс при этом не наблюдается.

5. Нанести ритмические раздражения подпороговым стимулом до момента наступления рефлекторного ответа. Отметить время, через которое возникла рефлекторная реакция.

6. В протоколах описать наблюдаемый эксперимент, и объяснить какие физиологические механизмы лежат в основе временной суммации.

Работа №19. Анализ рефлекторной дуги.

Цель работы: установить значение целостности всех звеньев рефлекторной дуги в осуществлении рефлекса.

Необходимо для работы: лягушка, штатив с крючком для ее фиксации, стакан с водой, 1% раствор серной кислоты, нитки для наложения лигатуры или ватные фитилечки, раствор аммиака или хлороформа, фильтровальная бумага.

Проведение работы:

1. Приготовить препарат спинальной лягушки и укрепить его за нижнюю челюсть на крючке штатива.

2. Воспроизвести кислотный сгибательный рефлекс.

3. На одной лапке сделать круговой разрез кожи ниже коленного сустава и снять ее с голени.

4. Наложить кусочек фильтровальной бумаги, смоченный кислотой, на поверхность голени там, где отсутствует кожа, и пронаблюдать за реакцией лягушки.

5. На другой интактной лапке разрезать кожу по задней поверхности бедра, раздвинуть мышцы и стеклянным крючком приподнять седалищный нерв. Нарушить его проводимость, наложив лигатуру или ватный фитилек, смоченный аммиаком или хлороформом. На кожу голени этой лапки нанести кислотное раздражение.