Работа №5. ФИЛЬТРАЦИЯ

Нажмите на кнопку «Эксперимент» на верхней панели экрана и выберете раздел «Фильтрация» (Filtration). Вы видите открывшийся экран, на котором имеются заметные отличия от ранее выполненных работ (рис. 4).

Рисунок 4. Модель селективной мембраны для изучения фильтрации

Заметим, что два сосуда расположены на левой стороне экрана, один над другим. Верхний сосуд содержит шкалу давления.

В отличие от эксперимента по осмосу, в котором шкала давления определяет давление, которое развивается вследствие движения воды, эта шкала давления измеряет гидростатическое давление, которое будет фильтровать жидкость из верхнего сосуда в нижний. Экран «Анализ мембранного остатка» (Membrane residue analysis)будет использован для определения, если какое-либо вещество остается на мембране после каждой серии экспериментов.

Ход работы:

1. Нажмите кнопку «мышки» и переместите 20 MWCO мембрану в мембранный держатель между двумя сосудами.

2. Установите Na'/CI" на 9 тМ, мочевину и глюкозу на 5 тМ и насыпьте «Древесный уголь» (Powdered Charcoal) 5мг/мл, нажав кнопку (+), расположенную после кнопок для растворенных веществ. Затем нажмите кнопку «Распределение» (Dispense) рядом с верхним сосудом.

3. Установите давление на 50 мм.рт.ст. и таймер времени на 60 минутах. Нажмите кнопку «Старт». Вы можете наблюдать, что жидкость начала фильтроваться в нижний сосуд.

4. Включите устройство фильтрационного анализа (Filtration Rate) (рядом с нижним сосудом), это дает вам возможность следить за тем, какое растворенное вещество проходит через мембрану.

5. По истечении 60 минут переместите мембрану к устройству анализа мембранного остатка и опустите ее с помощью «мышки». Мембрана окажется замкнутой на месте. Нажмите кнопку «Начало анализа» (Start analysis). На табло результатов, внизу, вы увидите, какие растворенные вещества определяются на мембране, используемой для фильтрации.

6. Зарегистрируйте результаты, нажимая кнопку «Зарегистрировать результат» (Record date).

Каковы результаты вашего исходного анализа?

7. Нажмите кнопку «Промывка» (Flush) и верните мембрану в исходное положение.

8. Установите 50 MWCO мембрану в мембранный держатель между сосудами.

9. Оставьте давление на 50 и повторите эксперимент. Когда таймер времени достигнет 60 минут, выполните мембранный анализ и зарегистрируйте результаты.

10. Нажмите кнопку «Промывка»(Flush) и верните мембрану.

11. Повторите этапы 8-10 с оставшимися двумя мембранами. Регистрируйте результаты для каждой серии экспериментов.

12. Увеличьте давление до 100 мм.рт.ст. и повторите полностью эксперимент. Снова зарегистрируйте результаты.

13. Заполните протокол и ответьте на вопросы в рабочей тетради.

Работа №6. АКТИВНЫЙ ТРАНСПОРТ

Нажмите кнопку «Эксперимент» на верхней панели экрана и выберите работу «Активный транспорт» (Active Transport). Новый экран, который появится, сходен с экраном работы по облегченной диффузии (рис. 5).

Рисунок 5. Модель селективной мембраны для изучения активного транспорта.

Основным отличием является добавление АТФ-распределителя над сосудами. Напомним, что АТФ необходима для систем с активным транспортом и должна добавляться для каждой серии эксперимента.

Ход работы:

1. Убедитесь, что в мембранном построителе число глюкозных переносчиков установлено на 500, а номер Na⁺/CP насосов установлен также на 500.

2. Нажмите кнопку «Построить мембрану» (Build membrane).

3. Переместите построенную мембрану к мембранному держателю между двумя сосудами.

4. Для левого сосуда установите Na⁺/Cl~ на 9 mМ, щелкнув кнопку (+), и нажмите кнопку «Распределение» (Dispense).

5. Для правого сосуда нажмите кнопку «Дистиллированная вода» (Deionizer Water) и затем кнопку «Распределение» (Dispense).

6. Установите АТФ на 1 mМ и нажмите кнопку «Распределить АТФ» (Dispense ATP).

7. Установите таймер времени на 60 минут и затем включите «Старт» (Start).

В конце этой экспериментальной серии определите, передвигается ли Na⁺/Сl^- из левого сосуда в правый. Почему?

8. Нажмите кнопку «Промывка» (Flush) под обеими сосудами.

9. Добавьте 9 mM NaCI к левому сосуду и 9 mМ КС1 - к правому сосуду. Нажмите кнопку «Распределение»(Dispense).

10. Установите АТФ на 1 mМ, нажмите кнопку «Распределение АТФ» (Dispense ATP)и затем кнопку «Старт».

11. В конце эксперимента нажмите кнопку «Зарегистрировать результат».

12. Повторите эксперимент, увеличивая количества АТФ, добавленного к системе.

13. Повторите эксперимент, используя изменения числа переносчиков и насосов, когда вы строите мембрану.

ФИЗИОЛОГИЯ НЕРВНЫХ ВОЛОКОН

Цели:

1. Усвоить следующие понятия: возбудимость, проводимость, мембранный потенциал покоя, натрий-калиевый насос, пороговый стимул, деполяризация, потенциал действия, реполяризация, гиперполяризация, потенциал действия, абсолютный и относительный рефрактерный период, нервный импульс, синаптическая щель, скорость проведения.

2. Определить, по крайней мере, два агента, способных ингибировать потенциал действия.

3. Определить четыре разных стимула, способных вызвать генерацию потенциал действия.

4. Описать взаимоотношение между диаметром нерва и скоростью проведения возбуждения.

5. Описать взаимоотношение между миелинизацией нерва и скоростью проведения.

Ход работы:

В основном меню выбрать раздел «Нейрофизиология нервных импульсов» (Рис. 6). Модель установки для исследования электрофизиологии представляет собой стимулятор, влажную камеру для нерва, раздражающие и регистрирующие электродов и осциллограф для регистрации потенциалов.

Обратите внимание что, седалищный нерв лягушки помещен в специальную камеру. Раздражающие электроды идут к камере, где находится нерв, а от неё к осциллографу.

Рисунок 6. Модель экспериментальной установки для изучения физиологии нерва.

Работа № 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТИМУЛЯЦИЯ

1. Установить потенциал на 1,0 V нажатием кнопки (+), рядом с «Voltage» дисплея.

2. Нажать «Одиночный стимул» (Single Stimulus). Если нет никого ответа или наблюдается ровная линия, не показывая никакого потенциала действия, нажмите кнопку «Устранить препятствие» (Clear) на осциллографе, попробуйте повысить потенциал и снова нажать кнопку «Одиночный стимул» (Single Stimulus), пока не увидите метку на экране (преломление линии), которая показывает потенциал действия.

Какова величина порогового потенциала ( потенциала, при котором вы

впервые увидели потенциал действия)?

Нажмите кнопку «Зарегистрировать результат» (Record Date) на табло сбора результатов, чтобы зафиксировать их.

3. Если вы желаете распечатать график, нажмите «Инструменты» (Tools), а затем «Распечатать график» (Print Date) . Вы можете делать это каждый раз после получения графика на экране осциллографа.

4. Увеличивайте потенциал на 0,5V и нажимайте кнопку «Одиночный стимул» (Single Stimulus). Нажмите кнопку Record Date на табло сбора результатов, чтобы записать показания.

5. Продолжайте повышать потенциал на 0,5 V и нажимайте кнопку «Одиночный стимул» (Single Stimulus), пока не обнаружите точку, когда не возникает дальнейшего увеличения пика потенциала действия.

Теперь, когда вы пронаблюдали, что электрический импульс может вызывать потенциал действия, проверьте другие методы стимуляции нерва.

Работа № 2. МЕХАНИЧЕСКАЯ СТИМУЛЯЦИЯ

1. Нажмите кнопку «Очистить» (Clear) на осциллографе.

2. Используя мышку, произвести «щелчок» и переместить стеклянный стержень к нерву и поместить его над нервом. Когда стеклянный стержень прикоснется к нерву, освободите кнопку мышки.

3. Нажмите «Зарегистрировать результат»(Record Date). Оставьте график на экране, чтобы можно было сравнить его с графиком, который будет получен в следующей работе.

Работа № 3. ТЕМПЕРАТУРНАЯ СТИМУЛЯЦИЯ

С помощью мышки выбрать стеклянный стержень и переместить его к нагревателю (он расположен ниже держателя стержня), после чего освободить кнопку мышки. Нажать кнопку «Нагрев» (Heat). Когда стержень станет красным, нажать кнопку мышки и установите стержень над нервом, освобождая кнопку мышки.

Нажмите кнопку Record Date, а затем «Очистить» (Clear) экран осциллографа для следующей работы.

Работа № 4. ХИМИЧЕСКАЯ СТИМУЛЯЦИЯ

1. С помощью мышки переместите капельницу от сосуда с солевым раствором хлорида натрия (Sodium Chloride) над нервом в камере и затем освободить кнопку мышки для нанесения капель.

2. Используя пороговый потенциал, стимулируйте нерв. Нажмите кнопку «Зарегистрировать результат»(Record Date) .

3. Нажмите кнопку «Очистить» (Clean)на верхней панели камеры с нервом. Это возвращает нерв к его исходному (не солевому) состоянию. Нажмите кнопку «Очистить» (Clear)для очистки экрана осциллографа от следовых записей.

4. С помощью мышки переместить капельницу от сосуда с соляной кислотой (Hydrochloric acid), помещая ее над нервом. Освободить кнопку мышки, распределяя капли.

5. Нажмите кнопку «Зарегистрировать результат»(Record Date).

6. Нажмите кнопку Cleanнад камерой с нервом, чтобы вернуть нерв к исходному состоянию.

7. Зарегистрируйте результат в вашем отчете, переписав в протокольную тетрадь записи из таблицы результатов.

Переходите к следующей работе. Нажав кнопку «Эксперимент», зайдите в меню и выберите работу «Ингибирование нервного импульса» (Inhibiting a nerve impulse). Экран для этой работы сходен с первой работой (рис. 2). Слева находятся кнопки трех агентов, на применение которых тестируется нерв. Сохраните записи, которые вы зарегистрировали для первой работы, для сравнения.

Работа № 5. ТЕСТИРОВАНИЕ ЭФФЕКТОВ ЭФИРА

1. Используя мышцу, переместить капельницу от сосуда, обозначенного как эфир (Ether), к нерву. Установите ее над нервом между стимулирующими и регистрирующими электродами. Освободите кнопку мышки для нанесения капель.

2. Установите величину раздражающего тока, используя пороговый стимула, установленный в предыдущей работе. Нажмите кнопку «Стимулировать» (Stimulate).Нажмите кнопку «Зарегистрировать результат»(Record Date) .

3. Нажмите кнопку «Таймер» (Time) на осциллографе. Теперь на экране будет отображаться работа в течение 10 минут (пространство между каждой вертикальной линией представляет собой 1 минуту). Из-за изменения во временной шкале потенциалы действия будут выглядеть подобно острому вертикальному спайку на экране.

Рисунок 7. Модель экспериментальной установки для изучения физиологии нерва. Роль разной стимуляции.

4. Нажимая кнопку (+) с надписью на стимуляторе «Интервал между стимулами» (Interval between Stimuli), установите 2.0 минуты. Такой стимул будет раздражать нерв каждые две минуты. Нажмите кнопку Stimulate, чтобы запустить стимуляцию. Наблюдайте за дисплеем.

Как долго надо воздействовать на нерв, чтобы вернуть его к норме?

5. Нажмите кнопку «Stop», останавливая это воздействие и возвращая прошедшее время к 0,00.

6. Нажмите кнопку «Таймер» (Elapsed Time) на осциллографе и вернитесь к нормальному миллисекундному дисплею.

7. Нажмите кнопку «Очистить» (Clear) на осциллографе для выполнения новой работы.

8. Нажмите кнопку (-) под обозначением «Интервал между стимулами» (Interval between Stimuli), пока он yе вернется к 0,0.

9. Нажмите кнопку «Очистить» (Clean) на камере с нервом, чтобы очистить и вернуть нерв к исходному состоянию.

Работа № 6. ТЕСТИРОВАНИЕ ЭФФЕКТОВ КУРАРЕ

Кураре является хорошо известным растительным экстрактом, который используется южноафриканскими индейцами для парализации животного, на которого они охотятся. Это альфа-токсин, который связывается с холино-рецепторами на постсинаптической мембране, что предотвращает действие ацетилхолина. Кураре блокирует синаптическую передачу, препятствуя переходу нервных импульсов от нейрона к нейрону.

1. С помощью мышки переместите капельницу от сосуда, обозначенного «Кураре» (Curare), помещая её над нервом, между стимулирующим и регистрирующим электродами. Освободите кнопку мышки, распределяя капли. Нажмите кнопку Record Date.

2. Установите стимулятор на пороговом потенциале и стимулируйте нерв.

3. Нажмите кнопку Clean на камере с нервом, возвращая кураре в сосуд, а нерв к его исходному состоянию.

4. Нажмите кнопку Clear, чтобы очистить экран осциллографа для следующей работы.

Работа № 7. ТЕСТИРОВАНИЕ ЭФФЕКТОВ ЛИДОКАИНА

Лидокаин является антагонистом натриевых каналов.

1. С помощью мышки переместите капельницу от сосуда, обозначенного «Лидокаин» (Lidocaine), и поместите её над нервом, между стимулирующим и регистрирующим электродами. Освободите кнопку мышки, чтобы распределить капли.

2. Стимулируйте нерв пороговым потенциалом. Нажмите кнопку Record Date.

3. Нажмите кнопку Clean над камерой с нервом, чтобы удалить лидокаин и вернуть нерв к исходному состоянию.

4. Зарегистрируйте результат в вашем отчете, переписав в протокольную тетрадь записи из таблицы результатов.

Работа № 8. ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ ПО НЕРВУ

Нажмите кнопку «Эксперимент», войдя в меню, выберите работу «Скорость нервного проведения». Появится установка для измерения скорости проведения возбуждения по нерву (рис.8)

На левой стороне экрана находятся четыре нерва, которые будут изучаться. Целый земляной червь используется потому, что он проводит возбуждение от головного (верхнего) конца к хвостовому (нижнему). Нерв лягушки чаще всего является моделью в нейрофизиологических исследованиях. Нерв крысы используется для сравнения: 1) скорости проведения разных по диаметру нервов, 2) скорости проведения миелинизированных и немиелинезированных нервов. Помните, что нерв лягушки является миелинезированным и что нерв крысы № 1 имеет тот же размер, что и нерв лягушки, но является немиелинизированным. Нерв крысы № 2 является наиболее толстым и он миелинезирован.

Рисунок № 8. Установка для измерения скорости проведения возбуждения по нерву

Ход работы:

1. На стимуляторе нажмите кнопку «Пульс» (Pulse).

2. Переключите биоусилитель, поворачивая (щелчок) горизонтальную планку на биоусилителе в положение «Включение» (On).

3. Используя мышку, переместите капельницу от сосуда, обозначенного «Этанол» (Ethanol) над нервом земляного червя и освободите кнопку мышки, распределяя капли этанола. Это будет вызывать наркотизацию червя и он перестаёт двигаться во время эксперимента, но это не влияет на скорость проведения по нерву. Алкоголь используется при достаточно низкой концентрации, чтобы червь оставался в хорошем состоянии и мог вернуться к нормальному состоянию в течение 15 минут.

4. Используя мышку, поместите земляного червя в камеру с нервом. Червь будет находиться над стимулирующими электродами и всеми тремя регистрирующими электродами.

5. С помощью кнопки (+), рядом с дисплеем Voltage установите потенциал раздражения 1,0 В. Затем нажмите «Стимулировать» (Stimulate) для стимуляции нерва.

Если вы не видите потенциала действия, то увеличивайте стимул с помощью прироста его на 1,0 В пока не появится запись.

6. Нажмите кнопку «Измерить» (Measure) на стимуляторе. Вы видите вертикальную желтую линию, которая появляется с левого края экрана осциллографа. Теперь нажмите кнопку (+) под кнопкой «Измерить»(Measure). Это позволяет желтой линии передвигаться на правый край. По этой линии можно измерить, сколько времени прошло на графике до точки, где линия пересекла график. Наблюдайте прошедшее время, которое фиксируется на дисплее таймера в мсек. Сохраняйте нажим на кнопку (+), пока желтая линия не достигнет правого края в точке графика, где график прекращает быть плоским (ровным) и впервые начинает возрастать.

7. Когда желтая линия позиционируется на старте подъема, отметьте прошедшее время в этой точке. Нажмите кнопку «Зарегистрировать результат» (Record Date), чтобы зарегистрировать это время на графике результатов. Программа будет автоматически выводить на компьютер скорость проведения на основе этих результатов. Заметим, что табло результатов включает в себя позицию «Дистанция» (Dist) в мм, причем это расстояние всегда составляет 43 мм. Эта дистанция включает в себя расстояние между красным стимулирующим проводом и красным регистрирующим проводом.

Важно, чтобы желтая вертикальная линия находилась в положении измеряющей линии, расположенной на старте графического подъема, до того, как вы нажмете кнопку Record Date - в ином случае скорость проведения будет рассчитываться для нерва неточно.

8. Заполните данными колонку в таблице протоколов под обозначением «Земляной червь».

9. С помощью мышки переместите земляного червя на исходное место. Нажмите кнопку Clear, чтобы освободить экран осциллографа.

10. Повторить этапы 4-9 для оставшихся нервов. Не забывайте нажимать кнопку Record Date для каждой экспериментальной серии, внося

ФИЗИОЛОГИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ

Цель

1. Дать определения следующим понятиям: моторная единица, растяжение, латентный период, фаза сокращения, фаза расслабления, порог раздражения, суммация, тетанус, утомление, изометрическое и изотоническое сокращение.

2. Понять, как нервные импульсы запускают сокращение мышц.

3. Описать фазы одиночного мышечного сокращения.

4. Идентифицировать порог и максимальный стимул.

5. Понять зависимость между интенсивностью стимула и силой сокращения мышцы.

6. Исследовать влияние увеличения частоты стимуляции на силу сокращения мышц.

7. Объяснить механизмы мышечного утомления.

8. Объяснить различия между изометрическим и изотоническим мышечным сокращением.