1

Методическая разработка альтернативного занятия к теме "Физиология возбудимых тканей: приготовление нервно-мышечного препарата"

Практическое занятие "Физиология возбудимых тканей".

Задача I. Приготовление нервно-мышечного препарата лягушки.

Цели занятия:

обучающая:
Рассмотреть методику приготовления нервно-мышечного препарата лягушки при помощи видеоальтернативы, научиться его основным этапам. Выучить правила необходимой осторожности во избежание частичной или полной потери нервно-мышечным препаратом своих физиологических свойств.

развивающая:
Научить анализировать факторы оказывающие благоприятное и негативное влияющие при подготовке нервно-мышечного препарата.

воспитательная:
Вызвать интерес к обучению при помощи использования альтернативных компьютерных технологий, гуманное отношение к живым организмам.

Оборудование и материалы: PowerPoint презентация.

Общая концепция занятия:
В практическом занятии использован видеоряд лицензионного диска Sim серии - "SimNerve" по приготовлению нервно-мышечного препарата лягушки. Занятие позволяет продемонстрировать основные этапы и правила приготовления нервно-мышечного препарата лягушки без использования животных объектов.

Ход работы (имеет видео сопровождение):

Для прохождения первого этапа выделения нервно-мышечного препарата - декапитирования, лягушка должна быть прочно зажата в руке и обернута в кусок бумаги.
После декапитации необходимо разрушить спинной мозг лягушки, что делается при помощи спицы, введенной в спинномозговой канал (при этом спицу следует несколько раз провернуть). Результатом проведенных действий является полное отсутствие тонуса тела лягушки.
Далее позвоночник перерезают в месте связки и переходят к разрезанию тканей по обе стороны туловища. Перерезанное туловище лягушки полностью отделяется от позвоночника, как только место среза брюшная кожа доходит до симфазиса. Теперь при рассмотрении с вентральной стороны можно отчетливо видеть сакральное нервное сплетение.
Далее для приготовления нервно-мышечного препарата необходимо стянуть кожу с лягушки, что производится при приложении определенной силы. Как мы можем видеть, данная лягушка (африканская) имеет очень крепкую соединительную ткань. Затем для лишенного кожи препарата необходимо использовать раствор Рингера.
Следующим этапом является наложение лигатуры возле спинного мозга вокруг спинальных нервов, что вызывает сокращение мышц предполагаемой лапы. Вначале отделяют один, а затем и другой нерв (в данном случае - седалищный).
Далее препарируют мышцу бедра острым концом пинцета со стороны спины. Разделяют руками фасции мышцы и стеклянным крючком отделяют нерв от мышц бедра и бедренной кости. Удаляют мышцы бедра. В результате всех операций мы получаем нервно-мышечный препарат.
Помните: при приготовлении нервно-мышечного препарата следует соблюдать следующие правила: с нервным волокном надо обращаться очень осторожно не допуская, прежде всего механического повреждения, растяжения, сдавливания, нарушения целостности нервного тяжа; нельзя касаться нерва металлическими предметами; избегать попадания на препарат химических веществ и их растворов, которые могут вызвать его повреждение; не допускать высыхания препарата, для этого необходимо постоянно смачивать его 0,65% раствором NaCl. Нарушение указанных требований ведет к частичной или полной утрате нервно-мышечным препаратом физиологических свойств, что в конечном итоге может привести к получению экспериментатором ложных результатов!

 
2

Методическая разработка альтернативного занятия к теме
"Физиология возбудимых тканей: порог раздражения, одиночное и тетаническое сокращение мышцы"

Практическое занятие №2 Физиология возбудимых тканей

Задача № 1 Порог раздражения.
Задача № 2 Одиночное и тетаническое сокращение мышцы.

Цели занятия:

обучающая:
Рассмотреть свойства мышечной ткани - возбудимость и раздражимость. Определить порог раздражения нервно-мышечного препарата путем применения наименьшей необходимой и достаточной силы раздражителя. Рассмотреть принцип одиночного и тетанического сокращения мышцы.

развивающая:
Развить представления о свойствах возбудимых объектов.

воспитательная:
Вызвать интерес к обучению при помощи использования альтернативных компьютерных технологий, гуманное отношение к живым организмам.

Оборудование и материалы:

Диск с альтернативами "Виртуальная физиология".

Общая концепция занятия:
В практическом занятии использован адаптированный интерактивный диск-альтернатива "Виртуальная физиология". Занятие позволяет продемонстрировать определение порога раздражения без использования животных объектов.

Ход занятия:
Основными свойствами мышечной ткани являются возбудимость и проводимость. Для возникновения возбуждения должен подействовать какой-либо раздражитель. Возбудимость заключается в способности отвечать на те или иные воздействия разнообразными изменениями своего состояния и деятельности. Для вызова раздражения существенную роль играет сила раздражителя. Первые улавливаемые, минимальные эффекты возникают при достижении определенной интенсивности действующего агента, т.е. раздражителя. Такую силу, достаточную для того, чтобы вызвать раздражения, называют порогом раздражения.


Задача № 1 Порог раздражения.

Порог раздражения - это та наименьшая сила раздражения, которая вызывает видимый эффект сокращения мышцы.
Порог раздражения служит одним из параметров возбудимости (раздражимости) живых объектов. Так, чем ниже раздражимость, тем больше должна быть сила раздражителя, вызывающего изменение его состояния и тем, следовательно, выше порог раздражения. Увеличение силы раздражителя выше пороговой величины приводит соответственно к усилению ответных реакций. Та сила, при которой получается наибольший ответ, называется максимальной. При действии раздражителей на высокоспециализированные ткани, таки, как мышечная, железистая, нервная, возникает специфичная для данной ткани ответная реакция. Способность таких тканей проявлять при раздражении специфическую деятельность называется возбудимостью.
Основной целью данной практической задачи с использованием нервно-мышечного препарата лягушки является определения порога раздражения при воздействии на препарат раздражителя определенной силы. В зависимости от качества приготовленного препарата и его характеристик потребуется различная сила применяемой стимуляции для вызова ответной реакции. К тому же неудачно проведенный опыт потребует приготовления нового препарата, а значить и убийства нового объекта исследования. Предложенное альтернативное практическое занятие диска "Виртуальная физиология" позволяет визуально продемонстрировать необходимое явление на стандартизированном нервно-мышечном препарате, отвечающим на раздражитель определенной силы (в данном случае - 3мВ). На экране монитора находится стимулятор (источник электрических стимулов), стимулирующие электроды и нервно-мышечный препарат. Посредством "включения прибора в сеть" и применения необходимого и достаточного стимула наблюдается ответ - сокращение икроножной мышцы лягушки. При ошибке проведения эксперимента студент может неограниченное количество его повторить. В отличие от стандартного лабораторного занятия экономится время, необходимое на приготовление нервно-мышечного препарата, а также на количество неудавшихся попыток.

Эксперимент в программе проводится следующим образом:
1) Включается стимулятор.
2) Начальное значение интенсивности стимула устанавливается на
0,1 мВ.
3) Включается подача электрического раздражителя путем нажатия кнопки "Стимул".
4) Интенсивность стимула увеличивается с шагом 0,1 до появления первого ответа (подергивания икроножной мышцы).
5) Значение стимула записывается в лабораторный журнал.

Задача № 2 Одиночное и тетаническое сокращение мышцы.

Если мышца подвергается однократному кратковременному действию раздражителя, например, удару индукционным током, то она отвечает быстро протекающим сократительным эффектом, который носит название одиночного сокращения. Для исследования течения акта сокращения во времени используют метод графической регистрации. Кривая сокращения, записанная на быстро вращающемся цилиндре кимографа выражает изменение длины возбужденной мышцы во времени.
Анализируя кривую одиночного сокращения можно выделить следующие ее характерные черты:
1) Между моментом нанесения раздражения и началом мышечного ответа протекает некоторое время, которое называется латентным (скрытым) периодом сокращения. За это время происходит изменение электрического потенциала в мышце, что предшествует развитию механического напряжения. При графической регистрации одиночного сокращения величина латентного периода равна 0,01 сек. Эта величина намного больше действительной величины латентного периода, т.к. вязкость и растяжимость мышечного волокна замедляют начало момента регистрации сокращения. Действительная величина латентного периода для икроножной мышцы лягушки равна
0,0025 сек.
2) За латентным периодом следует период мышечного сокращения, которое все время нарастая, достигает максимума. Этот период на кривой мышечного сокращения представлен восходящей линией и длиться 0,05 сек.
3) Фаза мышечного сокращения, достигнув максимума, сменяется фазой расслабления мышцы, которая длиться 0,06 сек. На кривой одиночного сокращения от момента раздражения до возвращения к исходному состоянию покоя составляет 0,1 сек.
При утомлении мышцы время одиночного сокращения значительно удлиняется, главным образом за счет фазы расслабления.
В естественных условиях мышечные сокращения характеризуются относительной длительностью (более 0,1 сек., до минуты и даже до часов) и непрерывностью и протекают не по типу одиночного сокращения. Механизм длительных сокращений, называемых тетанусом, был вынесен путем изучения сокращения мышц в ответ на ряд раздражений, следующих друг за другом через короткие промежутки времени. Так, если раздражать мышцу серией индукционных ударов (замыкательных или размыкательных), каждая из которых отличается от предшествующей все возрастающей частотой, можно легко выявить закономерности образования тетануса - длительного сокращения мышцы.

Ход занятия:

В стандартном лабораторном занятии для изучения данной задачи для группы, состоящей из 10 человек используется 3-4 лягушки. Применение диска "виртуальная физиология", раздела "Мышечная система" с занятием по одиночному мышечному сокращению и тетанусу позволяет выполнить работу без использования животных. Интерфейс практического занятия полностью соответствует применяемому в стандартных условиях и состоит из: стимулятора, стимулирующих электродов, кимографа, и фиксированной икроножной мышцы лягушки. Перед переходом к практической части занятия студент имеет возможность изучить теоретическую часть:
Совокупность сокращений представляет собой сократительную реакцию в виде сокращения скелетных мышцы после применения, как минимум, двух стиулов перед периодом сокращения, вызванного окончанием первого импульса (15-20 миллисекунд).
Принимая во внимание теоретическую возможность применения двух стимулов в соответствии с вышеизложенным правилом, второй стимул может застать мышцу в одной из трех стадий сокращения (латентной фазе, фазе сокращения или релаксации).
Действительно, получаются три разные миограммы, отражающие три разные ситуации:
1. второй стимул приходится на латентную фазу:
Результат отсутствует, т.к. мышца невозбудима в данном периоде.
2. второй стимул приходится на фазу сокращения:
Можно наблюдать достаточно ярко выраженную ответную реакцию, однако два сокращения не сливаются в одну кривую.
3. второй стимул стимул приходится на фазу релаксации: мы наблюдаем особый участок миограммы, где частично совмещены два сокращения - зубчатый тетанус
В зависимости от состояния мышцы, пр котором осуществляется второй стимул совокупное сокращение может пойти по одному из двух вариантов:

1. Зубчатый тетанус возникает, когда каждый второй стимул приходится на фазу релаксации.
2. Гладкий тетанус возникает кода второй стимул приходится на фазу сокращения.

Практическое занятие:

Цель: изучить виды сложного сокращения скелетной поперечно-полосатых мышц и проанализировать получившиеся миограммы.
Принцип действий: примените несколько стимулов различной частоты на скелетным мышцам, регистрируя сокращение на миограммах.

Методика:
Практическое занятие состоит из двух частей:
1. Запись миограммы гладкого тетануса.
Установите частоту стимулов на 20 стимулов/сек с помощью соответствующих кнопок, и затем примените стимуляцию на протяжении 5-6 секунд.
Проанализируйте полученную миограмму.
1. Запись миограммы зубчатого тетануса
Установите частоту стимулов на 10, затем на 6,5 и, наконец, на 5 стимулов/сек, каждый раз применяя стимуляцию на протяжении 5-6 секунд.
Проанализируйтеполученную миограмму.

 

3

Методическая разработка альтернативного занятия к теме
"Физиология возбудимых тканей: измерения потенциала покоя"

Практическое занятие №3 Физиология возбудимых тканей

Задача № 1 Измерение потенциала покоя

Цели занятия:

обучающая:
Продемонстрировать и измерить мембранный потенциал покоя мышечного волокна.

развивающая:
Развить представления о свойствах возбудимых объектов.

воспитательная:
Вызвать интерес к обучению при помощи использования альтернативных компьютерных технологий, гуманное отношение к живым организмам.

Оборудование и материалы:

Диск с альтернативами "Виртуальная физиология".

Общая концепция занятия:
В практическом занятии использован адаптированный интерактивный диск-альтернатива "Виртуальная физиология". Занятие позволяет продемонстрировать определение порога раздражения без использования животных объектов.

Впервые измерение потенциала покоя были произведены Дюбуа-Реймоном с использованием специальных, разработанных им самим электродов.
Для измерения ПП используется электроизмерительные приборы, обладающие малой входной емкостью и достаточно высоким входным сопротивлением. Этим условиям отвечает гальванометр зеркальный и стрелочный или ламповый милливольтметр.
Второй существенный момент в методике измерения ПП - совершенно обязательное использование для отведения потенциала так называемых неполяризующихся электродов.
Когда электрическая цепь составлена из металлических проводников (проводники первого класса) - и при этом по цепи длительное время идет ток постоянного направления (а именно такие условия и создаются при отведении ПП или при действии на ткани постоянного тока), то на гран металл - электролит возникают качественные изменения, получившие название "поляризационных". При этом отрицательные ионы - анионы собираются у поверхности анода, а катионы - на катоде. Поляризационные явления приводят к появлению электрического поля противоположного направления отличительного поля.

Ход занятия:
В стандартном лабораторном занятии для изучения данной задачи для группы, состоящей из 10 человек используется 2-4 лягушки. Применение диска "виртуальная физиология", раздела "Мышечная система" с занятием по измерению потенциала покоя позволяет выполнить работу без использования животных. Интерфейс практического занятия полностью соответствует применяемому в стандартных условиях и состоит из: вольтметра, отводящих электродов и фиксированной икроножной мышцы лягушки.

Принцип действий:
Электроды вольтметра вводят внутрь мышечного волокна и на его поверхность.

Методика:
1. Щелкните кнопку "ввести электроды".
2. Наблюдайте за экраном вольтметра и обратите внимание на изменение мембранного потенциала.
3. Определите величину разности потенциалов на экране вольтметра.
4. Для повторного проведения эксперимента щелкните кнопку "извлечь электроды".


 


4

Методическая разработка альтернативного занятия к теме
"Физиология возбудимых тканей: измерения потенциала действия"

Практическое занятие №3 Физиология возбудимых тканей

Задача № 1 Измерение потенциала действия

Цели занятия:

обучающая:
Продемонстрировать и измерить мембранный потенциал действия мышечного волокна.

развивающая:
Развить представления о свойствах возбудимых объектов.

воспитательная:
Вызвать интерес к обучению при помощи использования альтернативных компьютерных технологий, гуманное отношение к живым организмам.

Оборудование и материалы:
Диск с альтернативами "Виртуальная физиология".

Общая концепция занятия:
В практическом занятии использован адаптированный интерактивный диск-альтернатива "Виртуальная физиология". Занятие позволяет продемонстрировать определение порога раздражения без использования животных объектов.


Ход занятия:
В стандартном лабораторном занятии для изучения данной задачи для группы, состоящей из 10 человек используется 2-4 лягушки. Применение диска "виртуальная физиология", раздела "Мышечная система" с занятием по измерению потенциала действия позволяет выполнить работу без использования животных. Интерфейс практического занятия полностью соответствует применяемому в стандартных условиях и состоит из: вольтметра, стимулирующих и отводящих электродов и фиксированной икроножной мышцы лягушки.

Принцип действий:
Электроды присоединяют к мышечному волокну и посылают электрический стимул.



Методика:
1. Щелкните кнопку "стимул".
2. Обратите внимание на то, как формируется деполяризационная волна и
на то, как она движется.
4. Пронаблюдайте за экраном вольтметра и обратите внимание на
изменение потенциала мембраны.
5. Определите величину потенциала действия.
6. Для повтора эксперимента нажмите кнопку "перезапуск эксперимента".