Тема 1. Биоэлектрические свойства возбудимых тканей. Вопросы для подготовки к занятию

1. Возбудимые ткани и их характеристика.

2. Физиологический покой, возбуждение и торможение.

3. Виды раздражителей. Градиент раздражения, аккомодация.

4. Биологические потенциалы возбудимых тканей, история их открытия. Потенциалы покоя и действия, их характеристика.

5. Современная теория возникновения потенциалов покоя и действия. Калий-натриевый насос.

6. Роль потенциала действия в распространении возбуждения.

Работа 1. Приготовление нервно-мышечного препарата

Многие физиологические опыты по изучению свойств нервной и мышечной тканей проводятся на нервно-мышечном препарате, приготовленном из задних лапок лягушки. Классический препарат представляет собой выделенную из организма икроножную мышцу с подходящим к ней седалищным нервом. Для сохранности физиологических свойств нерва и удобства обращения с ним его препарируют, оставляя связь с кусочком позвоночника и постоянно смачивают р-ром Рингера для холоднокровных.

Цель работы. Овладеть техникой приготовления нервно-мышечного препарата.

Объект исследования, материалы и оборудование. Лягушка, набор препаровальных инструментов (большие и малые анатомические ножницы, стеклянный крючок, большой и малый анатомические пинцеты, длинная тупая игла), дощечка для фиксации лягушки, гальваническая вилка, марля, вата, глазная пипетка, р-р Рингера для холоднокровных, чашка Петри.

Ход работы. Готовят нервно-мышечный препарат, состоящий из седалищного нерва и икроножной мышцы лягушки (рис. 17). Лягушку обездвиживают. Для этого ее завертывают в салфетку, оставляя свободной голову. Один конец ножниц вводят в ротовую полость, другой устанавливают на 0,5 см сзади от глаз и отрезают верхнюю челюсть вместе с частью головы и глазами. При таком разрезе удаляются большие полушария головного мозга. Тампоном промокают кровь в области разреза, так чтобы был виден спинномозговой канал, и вводят в него зонд, что приводит к разрушению спинного мозга. Затем приподнимают лягушку за задние лапки так, чтобы туловище (с оставшейся частью головы) оказалось внизу. При этом туловище сгибается под углом и становятся отчетливо видны выступы тазовых костей. Большими ножницами перерезают позвонки на 1 см впереди выступов. С брюшной стороны срезают кожу и свисающие внутренности. Остаток позвоночника захватывают пинцетом, держа его в левой руке. Правой рукой с помощью салфетки захватывают край кожи со спинной стороны и плавно (без рывков) снимают кожу с тазового отдела туловища и задних лапок. Остаток позвоночника фиксируют пинцетом так, чтобы лапки свисали под прямым углом. Затем ножницами отрезают копчиковую кость. Лапки вместе с тазовой частью туловища кладут на дощечку спиной вниз. Оставшиеся внутренности приподнимают пинцетом и отрезают малыми ножницами. По сторонам от позвоночника становятся видны седалищные нервы (выходят из позвоночника по три корешка).

Рис. 17. Приготовление нервно-мышечного препарата: 1 - перерезка позвоночного столба и мягких тканей; 2 - снятие кожи; 3 - срезание копчика; 4 - разрезание по средней линии костей таза и позвоночника; 5 - обнажение седалищного нерва; 6 - препаровка седалищного нерва; 7 - реоскопическая лапка; 8 - нервно-мышечный препарат; а - остаток позвоночника; б - седалищный нерв; в - бедренная кость; г - коленный сустав; д - мышцы голени; е - икроножная мышца; ж - мышцы стопы; з - ахиллово сухожилие. Пунктирные линии - места перерезки бедренной кости, костей голени и отделение ахиллова сухожилия от пяточной кости.

Остаток позвоночника и лонное сочленение тазовых костей большими ножницами разрезают строго по средней линии, разъединяя лапки. Одну из лапок покрывают марлевой салфеткой, смоченной р-ром Рингера, на другой лапке продолжают препаровку.

Пинцетом захватывают кусочек позвоночника, приподнимают седалищный нерв и малыми ножницами подрезают вокруг него все ткани, отпрепаровывая нерв до тазобедренного сочленения.

Затем препарат переворачивают латеральной стороной вверх. Между двуглавой и перепончатой мышцами бедра препаровальным крючком осторожно разрывают фасцию и, раздвинув эти мышцы, находят седалищный нерв и бедренную артерию.

Нерв вместе с сосудом приподнимают стеклянным крючком и отпрепаровывают его до коленного сустава, отрезая все мышечные ткани и отходящие от нерва тонкие нервные веточки.

Для приготовления реоскопической лапки от бедренной кости отрезают мышцы, а ее головку вылущивают из тазобедренного сустава.

Для приготовления нервно-мышечного препарата, кость перерезают выше коленного сустава, отрезают ахиллово сухожилие от пяточной кости и ниже коленного сустава пересекают кости голени.

К седалищному нерву прикладывают гальваническую вилку и проверяют его физиологическую целостность. Если икроножная мышца сокращается, то нерв, в процессе препаровки не поврежден. Нервно-мышечный препарат кладут в чашку Петри и для обеспечения сохранности заливают р-ром Рингера.

Работа 2. Опыт Л. Гальвани (опыт без металла)

Цель работы. Воспроизвести опыт Л. Галъвани, которым впервые было доказано наличие электричества в живых тканях.

Объект, исследования, материалы и оборудование. Лягушка, набор препаровальных инструментов, дощечка, два стеклянных крючка, р-р Рингера, салфетка.

Ход работы. Готовят нервно-мышечный препарат, состоящий из седалищного нерва и икроножной мышцы. Препарат кладут в чашку Петри и увлажняют р-ром Рингера. С помощью гальванической вилки убеждаются в физиологической целостности нерва. На икроножной мышце вблизи ахиллова сухожилия вырезают кусочек мышечной ткани. Приподнимают двумя стеклянными крючками седалищный нерв и набрасывают его на мышцу так, чтобы средняя часть нерва касалась неповрежденной поверхности мышцы, а концевая часть - поврежденного участка мышцы (рис. 18). Наблюдают, сокращения мышцы в момент набрасывания нерва.

Рис. 18. Опыт Гальвани без металла: 1 - стеклянные крючки; 2 - седалищный нерв; 3 - икроножная мышца; 4 - надрезанный участок мышцы.

На основании полученных результатов делают вывод о наличии электричества в живых тканях.

Работа 3. Измерение потенциала повреждения скелетной мышцы

Между поверхностями клеточной мембраны живых тканей всегда существует разность электрических потенциалов. С помощью гальванометра можно обнаружить, что поврежденный участок по отношению, к неповрежденной поверхности электроотрицателен.

Цель работы. Наблюдать разность потенциалов между поврежденным и целым участками мышцы.

Объект исследования, материалы и оборудование. Лягушка, набор препаровальных инструментов, дощечка, марля, вата, 2 чашки Петри, гальванометр, неполяризующиеся электроды, р-р Рингера.

Ход работы. Обездвиживают лягушку, отрезают заднюю лапку выше коленного сустава, и готовят препарат икроножной мышцы. Кладут ее в чашку Петри и увлажняют р-ром Рингера. Неполяризующиеся электроды проверяют на наличие собственной разности потенциалов замыканием их друг на друга (гальванометр при этом должен показывать «0»). Затем делают поперечный надрез мышцы. Один из электродов кладут на поврежденный участок мышцы, другой - на неповрежденную поверхность мышцы и наблюдают за показаниями гальванометра. Обращают внимание на знак заряда под электродами и длительность его сохранения.

На основании результатов эксперимента, делают вывод о преобладающих зарядах на поврежденной и неповрежденной поверхностях мышцы.

Работа 4. Вторичный тетанус - опыт Маттеучи (раздражение нерва потенциалом действия сокращающейся мышцы)

Наличие электрического потенциала при сокращении мышцы было показано в опыте, проведенном К.Маттеучи на двух нервно-мышечных препаратах.

Цель работы. Воспроизвести опыт К.Маттеучи, доказывающий возникновение потенциала действия при возбуждении мышцы.

Объект исследования, материалы и оборудование. Лягушка, набор препаровальных инструментов, гальваническая вилка, дощечка, чашка Петри, глазная пипетка, р-р Рингера, электростимулятор.

Ход работы. Готовят 2 нервно-мышечных препарата, состоящих из седалищного нерва и икроножной мышцы, кладут их на дощечку и увлажняют р-ром Рингера.

Седалищный нерв 1-го препарата помещают на электроды электростимулятора, а на икроножную мышцу накладывают продольно нерв 2-го препарата (рис. 19).

Нерв 1-го препарата раздражают током средней силы с частотой, вызывающей ритмические сокращения мышцы (5-10 Гц). Наблюдают, сокращается ли мышца 2-го препарата при сокращении мышцы 1-го препарата. Затем седалищный нерв 2-го препарата перевязывают ниткой, крепко ее затягивая (нарушается проведения потенциала действия по нерву). Повторяют раздражение нерва 1-го препарата и наблюдают, сокращается ли мышца 2-го препарата.

Рис. 19. Опыт Маттеучи: 1 - реоскопическая лапка; 2 - седалищные нервы; 3 - раздражающие электроды; 4 - провода от электростимулятора.

На основании полученных результатов сделать вывод о изменениях заряда на поверхности тканей при их возбуждении.