РАБОТА 1. Приготовление нервно-мышечного препарата лягушки

МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ФИЗИОЛОГИИ ЖИВОТНЫХ

ПРЕДИСЛОВИЕ

Изучение физиологии животных предполагает усвоение студентами как теоретических знаний, так и овладение навыками экспериментальной работы. Первые приобретаются в ходе лекций и самостоятельной работы с учебным материалом, вторые – на лабораторных занятиях.

Лабораторное занятие предусматривает самостоятельное выполнение студентами экспериментов и интерпретацию получаемых данных. В результате выполнения экспериментов студенты знакомятся с методиками измерения физиологических величин, в том числе и с теми, которые применяются в спортивной и клинической практике. Анализ итоговых фактических материалов позволит студентам приобретать навыки научного мышления, рационального представления и корректной интерпретации данных.

В настоящем учебном пособии приведены подробные описания экспериментов (по всем разделам физиологии человека и животных), которые студенты выполняют во время лабораторных занятий. Постановка опытов описана в форме инструкций, последовательно излагающих этапы их проведения. В конце каждой работы студенту предлагается сделать вывод, что способствует более успешному усвоению материала.

К каждому разделу предлагаются контрольные вопросы, задачи, тестовые задания, которые облегчают самостоятельную подготовку обучающихся и контроль усвоения материала, а также дополнительный блок информации.

Лабораторные опыты адаптированы к программе факультета биологии и биотехнологии по физиологии человека и животных. Включены как классические, так и новые лабораторные опыты.

Основная и дополнительная литература содержит последние издания по всем разделам курса и помогает получить более полные знания по всем вопросам, решаемым в ходе занятий.

Учебное пособие предназначено для студентов специальностей биология, биотехнология, экология. Оно может быть использовано также в системах послевузовского образования и повышения квалификации преподавателей.

РАЗДЕЛ 1. ФИЗИОЛОГИЯ ВОЗБУДИМЫХ ТКАНЕЙ

Отличительной особенностью высокоспециализированных тканей является способность реагировать на раздражение сложным комплексом физико-химических реакций, называемых возбуждением. Процесс возбуждения связан с наличием в мембране электрически (для Са²⁺ и Сl^- ) и химически (для Na⁺ и K⁺ ) управляемых каналов, которые могут открываться в ответ на соответствующее раздражение клетки.

Статическая поляризация – наличие разности потенциалов между наружной и внутренней поверхностями клеточной мембраны. В состоянии покоя поверхность клетки всегда электроположительна по отношению к цитоплазме, т.е. поляризована. Эта разность потенциалов, равная ~ 60 мВ, называется потенциалом покоя , или мембранным потенциалом (МП). К факторам, обусловливающим его существование, относятся:

а) наличие К⁺-Na⁺ трансмембранных градиентов концентрации и градиентов Cl^- и Са²⁺;

б) высокая избирательная проницаемость мембраны для К⁺, связанная с наличием в ней постоянно открытых в состоянии покоя калиевых каналов. В то же время проницаемость мембраны для Na⁺ в состоянии покоя незначительна. В связи с этим постоянный поток К⁺ из цитоплазмы создает относительный дефицит положительных зарядов на внутренней поверхности и избыток их на наружной поверхности клетки. Токи, регистрируемые в состоянии статической поляризации, называются токами покоя, или калиевыми токами;

в) работа Na⁺-K⁺-ATФазных насосов, поддерживающих постоянные ионные градиенты концентрации. Деполяризация – сдвиг МП в сторону его уменьшения. При изменении проницаемости клеточной мембраны под действием раздражения открываются «быстрые» натриевые каналы, вследствие чего Na⁺ лавинообразно поступает в клетку. Одновременно в ряде случаев активируются и «медленные» каналы для Са²⁺. Переход положительно заряженных ионов в клетку вызывает уменьшение положительного заряда на ее наружной поверхности и увеличение его в цитоплазме. В результате этого сокращается трансмембранная разность потенциалов, значение МП падает до 0, а затем по мере дальнейшего поступления Na⁺ в клетку происходит перезарядка мембраны и инверсия ее заряда (поверхность становится электроотрицательной по отношению к цитоплазме) – возникает потенциал действия (ПД). Электрографическим проявлением деполяризации является спайк, или пиковый потенциал.

Необходимо отметить, что деполяризация может быть как вызванной (при наличии внешнего стимула), так и спонтанной, обусловленной способностью некоторых видов клеток самовозбуждаться. Причиной такого самовозбуждения являются метаболические обменные процессы в самих клетках.

Величина, или степень деполяризации и ее скорость зависят, помимо свойств самой возбудимой ткани, от частоты и силы раздражения. Для количественной характеристики степени деполяризации пользуются понятием «порог раздражения» - это минимальная сила, способная вызвать специфическую реакцию возбудимой ткани. При действии слабых, подпороговых раздражителей деполяризации не возникает или она слабо выражена (неполная, локальная, или частичная деполяризация). В результате действия пороговых и надпороговых раздражителей развивается полная деполяризация с возникновением ПД.

В норме деполяризация длится недолго, так как в самой мембране имеются механизмы, ограничивающие этот процесс. Во время деполяризации, когда переносимый ионами Na⁺ положительный заряд достигает некоторого порогового значения, в сенсоре напряжения ионных каналов возникает ток смещения, который «захлопывает» ворота и «запирает» (инактивирует) канал, прекращая тем самым дальнейшее поступление Na⁺ в цитоплазму. Канал «закрыт» (инактивирован) вплоть до восстановления исходного уровня МП.

Реполяризация – восстановление исходного уровня МП. Главными факторами, вызывающими реполяризацию мембраны и способствующими восстановлению исходных Na⁺-К⁺ -градиентов концентрации, являются процессы активного ионного транспорта. Электрографическим проявлением реполяризации является отрицательный следовой потенциал.

Гиперполяризация – увеличение уровня МП. Вслед за восстановлением исходного значения МП (реполяризация) происходит его кратковременное увеличение по сравнению с уровнем покоя, обусловленное повышением проницаемости калиевых каналов и каналов для Cl^-. В связи с этим поверхность мембраны приобретает избыточный по сравнению с нормой положительный заряд, а уровень МП становится несколько выше исходного. Электрографическим проявлением гиперполяризации является положительный следовой потенциал. На этом заканчивается одиночный цикл возбуждения.

Рис.1 Изменения мембранного потенциала и потенциал действия Вертикальная стрелка в нижней части рисунка — момент появления раздражающего стимула, на отметке –80 мВ — исходный уровень МП.

Рис.2 Мембранный потенциал и потенциал действия. На отметке –70 мВ — исходный уровень МП; значение порога показано стрелкой в левой части рисунка, приведены записи подпороговых изменений МП

Изменение возбудимости в различные фазы одиночного цикла возбуждения. Если принять уровень возбудимости в условиях физиологического покоя за норму, то в ходе развития одиночного цикла возбуждения можно наблюдать ее циклические колебания. Так, в период развития начальной деполяризации на очень короткое время возбудимость незначительно повышается по сравнению с исходной. Во время развития полной деполяризации и инверсии заряда возбудимость падает до 0. Время, в течение которого отсутствует возбудимость, называется периодом абсолютной рефрактерности. В это время даже очень сильный раздражитель не может вызвать возбуждение ткани. Фармакологические вещества, увеличивающие время деполяризации и соответственно период абсолютной рефрактерности ткани, вызывают торможение физиологической деятельности. И наоборот, вещества, уменьшающие время деполяризации, оказывают возбуждающее физиологическое действие.

В фазе восстановления МП возбудимость также начинает восстанавливаться, но она еще ниже исходного уровня. Время восстановления ее от 0 до исходной величины называется периодом первичной относительной рефрактерности. Ткань может ответить возбуждением только на сильные, надпороговые, раздражения.

Вслед за периодом относительной рефрактерности наступает короткий период экзальтации – повышенной (по сравнению с исходной) возбудимости. По времени он соответствует процессу реполяризации.

Заключительный этап одиночного цикла возбуждения – повторное снижение возбудимости ниже исходного уровня (но не до 0), называемое периодом вторичной относительной рефрактерности. Он совпадает с развитием гиперполяризации мембраны. Фармакологические вещества, усиливающие гиперполяризацию мембраны, вызывают ослабление физиологической деятельности (гиперполяризационное торможение). Возбуждение может возникнуть только в том случае, если сила раздражения значительно превысит пороговую. После этого возбудимость восстанавливается, и клетка готова к осуществлению следующего цикла возбуждения.

Вопросы для самоподготовки. 1. Критерии оценки функционального состояния ткани. Определение понятий: возбудимость, порог возбуждения, функциональная лабильность. 2. Основные физиологические состояния биологической мембраны. 3. Электрофизиологическая характеристика статической поляризации. Потенциал покоя. 4 Электрофизиологическая характеристика деполяризации. Потенциал действия. 5. Электрофизиологическая характеристика реполяризации и гиперполяризации. Следовые потенциалы.

РАБОТА 1. Приготовление нервно-мышечного препарата лягушки

Нервно-мышечный препарат является универсальным для исследования функций скелетных мышц и нервов, классическим нервно-мышечным препаратом считают икроножную мышцу и седалищный нерв, который ее иннервирует. Работа выполняется на обездвиженной лягушке.

Способы обездвиживания лягушки. Одним из способов обездвиживания лягушки является наркотизация. В качестве наркотического вещества чаще всего используют эфир. Обездвижить лягушку можно также путем введения в подкожный лимфатический мешок миорелаксантов, которые нарушают передачу возбуждения с нерва на мышцу, в связи с чем возникает расслабление скелетных мышц.

Чаще всего обездвиживание лягушки производят путем разрушения спинного и головного мозга. Разрушение ЦНС производят двумя способами – с сохранением головы и путем декапитации. В обоих случаях лягушку завертывают в марлевую салфетку так, чтобы передние лапки оказались прижатыми к туловищу, а задние находились в вытянутом состоянии. При первом способе обездвиживания лягушку держат в левой руке, указательным пальцем которой сгибают голову лягушки так, чтобы между головой и позвоночником образовался некоторый угол. Препаровальной иглой с небольшим нажимом проводят по средней линии головы сверху вниз пока игла не попадет в небольшую ямку – субокципитальное отверстие. Проколов кожу и мембрану в этом месте, иглу вводят на 1-2 мм в полость черепа и несколькими движениями разрушают головной мозг. Слегка извлекая иглу, направляют ее в позвоночный канал и вращательными движениями разрушают спинной мозг. Критерием разрушения является полная релаксация (расслабление) всех групп мышц и отсутствие защитных двигательных рефлексов на пощипывание кожи.

Декапитацию производят введением одной бранши ножниц в ротовую полость и отсечением челюсти и переднего отдела мозга. Разрез должен пройти сразу же за глазными буграми. В открывшийся позвоночный канал вводят препаровальную иглу и разрушают спинной мозг.

Для работы необходимо: препаровальный набор инструментов, лоток, салфетки, операционный столик, раствор Рингера, лягушка

Ход работы. Обездвиженной лягушке перерезать позвоночник с окружающими его тканями на 1-1,5 см выше копчика (рис.3).В руке должны остаться задние лапки с тазовой костью и небольшим отделом позвоночного столба. Захватив край кожи пинцетом, снять кожу с лапок. Удалить внутренности. Получают препарат задних лапок лягушки. Вырезать копчик (уростиль). Для этого, держа препарат так, чтобы лапки висели вниз под прямым углом к позвоночнику, вырезают копчиковую кость, которая при таком положении препарата выдается кверху. Перевернуть препарат на

Рис.3. Приготовление нервно-мышечного препарата икроножной мышцв и седалищного

нерва и изолированной икроножной мышцы.

вентральную поверхность и разрезать позвоночник и лонное сращение на две половины (не повредить нервные стволы крестцового сплетения) с тем. Чтобы отделить лапки друг от друга. Получают препараты двух задних лапок.

Следующим этапом является препаровка икроножной мышцы и седалищного нерва. Под ахиллово сухожилие икроножной мышцы подвести лигатуру и перевязать. Затем дистальнее этого места перерезать. Подняв за лигатуру мышцу, отпрепаровывают ее от окружающих тканей. Перерезать берцовую кость ниже коленного сустава, а бедренную – выше его.

Для препаровки седалищного нерва перевернуть препарат дорсальной поверхностью кверху. Стеклянным крючком отодвинуть кверху двуглавую мышцу, а книзу – полуперепончатую. После разрыва фасций между ними обнажается борозда, в которой проходит седалищный нерв. С помощью стеклянных крючков препарируют нерв на всем протяжении до коленного сустава и до позвоночника, оставляя кусочек позвоночника в соединении с нервом. Получают нервно-мышечный препарат.

Следует помнить, что при небрежном приготовлении препарата (прикосновение к нерву руками или металлическим предметом, натяжение, подсыхание, механическое повреждение) он быстро теряет активность Необходимо часто увлажнять препарат раствором Рингера.

Рекомендации к оформлению работы. Зарисовать основные этапы приготовления нервно-мышечного препарата лягушки.

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 3819; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!