ОсновнІ положення фІзІологІчного експериментуВивчення фізіологічних закономірностей полегшується тим, що їх можна відтворювати в експерименті, тому фізіологія вважається експериментальною наукою. Наукові дослідження в фізіології про- водяться двома методами: аналітичним і синтетичним, а також ба- гатьма методиками, такими, як екстирпація (видалення органів), трансплантація (пересаджування органів), денервація (позбавлення нервів), лігування (перев’язка кровоносних судин і нервів), катете- ризація судин, перфузія органів (наповнення їх різними розчинами), фістульна методика із застосуванням зовнішніх анастомозів, методи- ка електрофізіологічних досліджень тощо. Спочатку в фізіологічних дослідженнях переважав аналітичний метод із застосуванням вівісекції (живосічення). Прикладом можуть бути гострі досліди, що проводилися на тваринах під наркозом, однак часто одержані дані були неточними. Видатний експериментатор І. П. Павлов у своїх дослідах почав застосовувати синтетичний метод. Вивчаючи тварин з хронічними фістулами, він і його помічники одержали об’єктивні дані, завдяки яким було оновлено основні фізіологічні положення і майже заново створено вчення про фізіологію травлення. Багато вітчизняних вчених (С. В. Стояновський, О. В. Квасниць- кий, С. Ю. Ярослав, А. М. Журбенко, А. А. Алієв, О. Д. Синєщоков, О. О. Кудрявцев та ін.) модифікували, вдосконалили павловські методи й використали їх для дослідження не лише лабораторних, а й сільсько- господарських тварин. На основі сучасних досягнень фізики, електро- ніки, кібернетики та інших наук дослідні інститути, зокрема Інститут фізіології ім. О. О. Богомольця НАН України, створили прилади та обладнання, які дозволяють проводити експерименти і досліджувати фізіологічні процеси в організмі на високому науковому рівні. Під час вивчення фізіології студенти мають опанувати основні фі- зіологічні методики і навчитися використовувати їх на лабораторно- практичних заняттях.
Піддослідні тварини, їх утримання і фіксація Для демонстрації фізіологічних процесів і функцій, що мають міс- це в організмі, необхідні піддослідні тварини. Під час експериментів на лабораторно-практичних заняттях переважно використовують жаб, оскільки їх утримання не потребує значних витрат. Вони є най- кращим об’єктом для проведення операцій, особливо під час ви- вчення фізіології нервів та м’язів, кровообігу, центральної нервової системи. Для дослідження фізіології травлення, дихання, вищої нер- вової діяльності, аналізаторів використовують собак і сільськогоспо- дарських тварин (овець, телят, свиней, коней). У разі потреби на цих тваринах можна проводити операції накладання хронічних фістул на різні відділи шлунково-кишкового тракту. Тварин слід обирати здорових, з коротким волосяним покривом і широкою грудною кліткою. Для експериментів можна використо- вувати мишей, пацюків, кролів, курей, голубів та піших тварин. Всі вони потребують належного утримання, годування, догляду, особли- во тварини з хронічними фістулами. Жаб краще селити у віварії восени, коли вони мають добрий фі- зіологічний тонус. Взимку їх слід утримувати у ваннах з проточною водою. Зафіксувати цих тварин під час експерименту неважко. Спо- чатку роблять декапування, тобто ножицями відрізають верхню ще- лепу жаби позаду очей (рис. 1, а), а потім їх знерухомлюють, руйну- ючи спинний мозок (рис. 1, б). В експериментах, де необхідно мати неушкоджений спинний мозок, жаб фіксують шпильками на корко- вих дощечках. В разі потреби їх наркотизують під скляним ковпаком, куди кладуть ватний тампон, змочений ефіром.
Рис. 1
Рис. 2
Кролів і собак фіксують на дошках з головотримачами та отворами для мотузок (рис. 2). Для фіксації великих тварин використовують спеціальні станки (рис. 3). У разі їх відсутності тварин тримають за допомогою мотуз- ної петлі або прив’язують за роги. Як- що цього недостатньо, використовують відвертаючі засоби — здавлювання но- согубного дзеркала пальцями, носови- ми щипцями (рис. 4, а) або носовим затискачем Кульсієва (рис. 4, б). Під час небольових досліджень на конях необхідно підняти одну з пе- редніх кінцівок, зігнути її у зап’ясному суглобі й зафіксувати (рис. 5).
Овець, кіз, телят най- краще наркотизувати пе- рорально (через рот) ал- коголем — розбавленим спиртом (40\%-й) або горіл- кою з розрахунку 1,5–2 мл на 1 кг живої маси. Собак наркотизують інгаляцією суміші ефіру з хлороформом в співвід- ношенні 1:3, попередньо ввівши під шкіру 1\%-й со- лянокислий морфін з роз- рахунку 1 мл на 1 кг живої маси. Коли тварина вже перебуває в сонливому ста- Рис. 3
Рис. 5 Рис. 6 маску з ватним тампоном, змоченим сумішшю ефіру з хлороформом. Слід пам’ятати, що введення морфіну в собак може викликати блю- вання і дефекацію, тому їх краще наркотизувати на подвір’ї. Крім того, собак можна наркотизувати також ін’єкцією в черевну порож- нину етаміналом натрію. Для невеликої собаки необхідно 3 таблетки по 0,1 г, а для великої — 4–5, які слід розчинити в 20 мл теплої води і ввести в черевну порожнину. Сон настає через 15–20 хв. Під час операцій на поросятах (накладання хронічних фістул на жовчний міхур і дванадцятипалу кишку) застосовують комбінований наркоз з алкоголю та інгаляцію сумішшю ефіру з хлороформом. Прилади, інструменти і розчини, що використовують у фізіологічних експериментах Для вивчення такого фізіологічного процесу, як подразнення, що відбувається в м’язах і нервах, застосовують індукційний струм. Елек- тричний подразник кращий за інші тому, що навіть в разі його трива- лої дії тканина не змінює своєї структури. Крім того, за природою цей подразник близький до нервових імпульсів і його можна градуювати. Джерелом струму може бути акумулятор, а зміну сили струму і час- тоту подразнень забезпечує індукційна котушка з електромагнітним перервником (рис. 7, де 1 — шкала, 2 — клеми вторинної котушки; 3, 4 — котушки; 5, 7 — верхня і нижня клеми котушки; 6 — електромаг- нітний перервник). Змінюючи відстань між вторинною та первинною котушками, можна посилити чи послабити індукційний струм, час ін- дукційних ударів зменшується зі зближенням котушок.
Рис. 7 Останнім часом для подразнення нервів і м’язів використовують випрямлячі, що перетворюють змінний струм на постійний. Ще кра- щими електростимуляторами є прилади, що дозволяють градую- вати силу струму та забезпечувати різну частоту подразнення. Для подібних ритмічних подразнень використовують також метрономи (рис. 8, де а — простий: 1 — коромисло, 2, 5 — дротики, 3, 4 — чашки з ртуттю; 6 — клема, 7 — ключ; 8 — вимикач; б — електричний: 1 — ди- намік; 2 — відмітчик). При проведенні фізіологічних дослідів з подразнення тканин (м’яза чи нерва), крім акумулятора і проводів, треба мати електроди, які використовують для подразнення тканин імпульсним або змінним струмом. Їх виготовляють з міді, срібла, платини, нікелю, нержавію-
Рис. 8
Рис. 9 чої сталі. Найкращі електроди ті, що не окислюються і не викликають додаткових подразнень. Електроди бувають стимулюючі й відвідні. За формою вони можуть бути різними (рис. 9, а–в). На практичних заняттях можна користуватися стимулюючими електродами з мідно- го дроту діаметром 0,2–0,5 мм. Електроди ізольовано і нерухомо фік- сують в ебонітовій, корковій, гумовій чи дерев’яній пластинці. Для зручності одні кінці проводів загинають, а інші — фіксують клемами або припаюють до проводів. При постійному струмі для запобігання явищам поляризації за- стосовують неполяризуючі електроди, які завжди виготовляють перед початком досліду (рис. 9, г). Вони складаються з двох скляних трубо- чок довжиною 3–4 см діаметром 3 мм 1, насиченого розчину сульфа- ту цинку 3, цинкової емальгованої пластинки 4, яку виготовлюють, занурюючи цинкову пластинку на кілька хвилин в 10 \%-й розчин сір- чаної кислоти, а потім ртуть, каоліну 2, замішаного на розчині Рінгера або 0,6\%-му розчині NaCl, яким закривають кінці скляної трубочки. В деяких випадках пробку роблять з гіпсу, в який вставляють м’яку волосяну щіточку. Пробки також можна виготовити з желатину або агар-агару, використовуючи при цьому фізіологічний розчин. Різні фізіологічні показники часто реєструються спеціальними приладами із записувальними пристроями. Найчастіше механічні рухи записують на кімографі (рис. 10, який складається з барабана 5, насадженого на вісь 3, що обертається за допомогою годинникового механізму, який заводиться ключем, надітим на штифт 6). Під бараба- ном на осі знаходиться диск 4, який приводиться в рух валиком осі 3
Рис. 10 протяжні механізми (рис. 11, які складаються з підставки 1; борта 2; ебонітового валика 3; елект- ромотора 4; приймальної та по- давальної котушок для паперової стрічки 5, 6; столика 7; штатива 8 капсули Марея 9; відмітника часу 10; трансформатора 11). Основна вимога до кімографа — це рівно- мірність обертання циліндра. Перед дослідом на барабан кімографа наклеюють білий гля- нсовий папір і вкривають сажею за допомогою лампи з широким ґнотом. Після запису стрічку кі- мографа фіксують в 5\%-му спир- товому розчині каніфолі або 3\%- му спиртовому розчині шелаку і висушують. Для фіксації стрічки кімографа можна використовува-
годинникового механізму. Швид- кість руху барабана залежить від розміщення валика на осі, чим він ближче до центра, тим барабан рухається швидше, а чим ближче до периферії — тим повільніше. Швидкість руху барабана можна змінювати регулятором обертів, насадки-флюгера 2, які можуть бути різного розміру. Якщо ре- гулятор обертів зняти, то бара- бан кімографа рухатиметься з максимальною швидкістю. При тривалому записі рухових функ- цій використовують кімографи з додатковими циліндрами на шта- тиві видовжувача або стрічко-
Рис. 11
Рис. 12 ти биті грамофонні платівки або розчин з 60 г каніфолі, 0,5 г воску і 1 л бензину. При фіксації необхідно, щоб закопчена стрічка рівномірно змочувалася згаданими розчинами і лежала закопченим боком вгору. Скорочення м’язів записують на міографі (рис. 12) різних систем (прямих 1, кутових 2) залежно від характеру скорочення. Частіше ви- користовують двоплечий важіль Енгельмана, у якому коротке плече з’єднується з м’язом під прямим кутом, а довге — закінчується пе- ром. Довжина плечей важеля впливає на амплітуду запису скорочень м’яза. Важелі виготовляють з легкого матеріалу (соломи, целулоїду, алюмінію та ін.). Іноді запис кривої фізіологічного явища роблять за допомогою повітряного методу передачі, застосовуючи капсулу Марея (рис. 13). Вона складається з круглої металевої чашечки з відростком, яка зверху закривається тоненькою гумовою мембраною 1. Посередині неї розмі- щена підпірка, на яку спирається рухомий важіль 2. Відросток капсули гумовою трубкою сполучається з відростком другої капсули. Остан- ня може бути різної форми і вводиться в порожнинний орган або
Рис. 13 його на стрічці кімографа.
фіксується на тілі тварини (пневмограф). Зміна тиску повітря в другій капсулі, яка виникає під час роботи органа, передається на пер- шу капсулу. Виникає ко- ливання гумової мембрани капсули Марея і важеля, яке записується кінцем Реєструючі прилади, бюретки, пробірки, колби закріплюються на універсальному штативі (рис. 14). Наявність на ньому макро- і мік- рогвинтів, а також системи рухливих важелів і стійок робить його не- замінним при проведенні різних фізіологічних дослідів.
Кров’яний тиск в судинах або тиск в плевральній порожнині, молочній залозі вимірюють ртут- ним манометром (рис. 16), який складається з U-подібної скляної трубки 1, заповненої ртуттю, по- плавка з пером 2 і шкали. В одному з колін манометра плаває попла- Рис. 14
Рис. 15 вок, з’єднаний з пером. Друге коліно його з’єднується гумовою трубкою з канюлею або голкою, які вводяться в судину або замкнений простір, де ви- мірюється тиск. За шкалою манометра можна визначити значення тиску в мі- ліметрах ртутного стовпчика. Для запису моменту подразнення або часу тривалості досліджуваної ре- акції застосовують механічні й елек- тричні відмітчики часу. В механічного відмітчика часу основною частиною є годинниковий механізм. Кулачковий пристрій, що розміщений на осі годин- никового механізму,дозволяє періо- дично змінювати плече пера. Прикла- дом пристрою такого типу є хронограф Жаке (рис. 17, де 1 — годинниковий механізм, 2 — перо).
Рис. 16
Рис. 17 Електромагнітні відмітчики часу (рис. 18) є різних конструкцій, проте принцип роботи їх подібний. Основною їх частиною є електро- магніт 1, обмотка якого вмикається в коло постійного струму (акуму- лятор 3–5 В), якоря із записувальним важелем 2. При проходженні струму якір притягується до електромагніта, опускаючи записуваль- ний важіль, який робить відмітку на кімографі. Коли струм перестає проходити, пружина повертає якір в попереднє положення. Залежно від кількості електромагнітів і важелів електричні відмітчики бува- ють одинарні, подвійні, потрійні. Комбінований відмітник часу (рис. 19) дозволяє відзначати час з проміжками 1–5 с, які встановлюють шляхом натискання відповід- ної кнопки на щитку. Комбінований переривник, крім відмітки часу, має ще чотири електровідмітчики, що реєструють на кімографі час
Рис. 18
Рис. 19
дії зовнішніх подразників (світло, дзвоник). Прилад використовують при вивченні вищої нервової ді- яльності тварин. Механічні дії перетворюються на електричні за допомогою різних датчиків. Вони дозволяють перетворювати різні фізичні величини на еквівалентні електричні сигнали і записувати за допомогою звичайних реєстрато- рів. Це дає змогу реєструвати такі фізіологічні показники, як тиск крові, насичення її киснем, кровонаповнення органів, тони і шуми сер- ця, пульс, температуру, зміни вмісту водневих іонів, скорочення м’язів, зміну центра маси тіла внаслідок перерозподілу крові в організмі тощо. Фізіологічний ефект можна перетворити в електричний в дослі- дах з графічною реєстрацією секреторної діяльності окремих органів (слинних залоз, шлунка, нирок, молочної залози) (рис. 20, де 1 — ка- тетер; 2 — краплезамикач, 3 — електромагніт-відмітчик). В приладі коло електромагнітного відмітчика замикається падаючою краплею секрету.
Рис. 20
Для проведення фізіологічних експериментів використовують різні хірургічні інструменти — ножиці, скальпелі, голки, провідники, пінцети, затискачі, зонди, пилки, долота, трепани, трефіни, гострі ло- жечки, гачки, троакари, ранорозширювачі, голкотримачі, щипці для кісток, корцанги, жоми, хірургічні голки. Інструменти стерилізують шляхом кип’ятіння. Необхідно мати перев’язувальний та шовний ма- теріали. При проведенні лабораторно-практичних занять студенти ви- користовують різні прилади, які описані в курсі фізіології сільсь- когосподарських тварин. Зазначимо, що в ході фізіологічних експериментів виникає необ- хідність періодично зволожувати тканини, зокрема м’язи і нерви, а також різні органи водним розчином солей. Осмотичний тиск цих розчинів має відповідати осмотичному тиску крові. Це так звані ізо- тонічні (фізіологічні) розчини, в яких вміст солей такий, як в крові чи міжклітинній рідині. До їх складу входить вода та хлорид натрію (0,85 \%). Залежно від мети експерименту до такого розчину додають мінеральні та органічні речовини (табл. 1). Таблиця 1 Вміст солей в розчинах під час дослідів на холодно і теплокровних тваринах
|
|
