Министерство образования Украины Севастопольский государственный технический университет

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторному практикуму по дисциплине

" ОСНОВЫ БИОЛОГИИ И ФИЗИОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА"

для студентов специальности 7.090804 - "Физическая и биомедицинская

электроника "

(дневная и заочная форма обучения)

Севастополь

2009

Целью методических указаний является оказание помощи студентам в выполнении лабораторных работ по дисциплине "Основы биологии и физиологии человека".При выполнении лабораторного практикума студентом углубляются знания , полученные на лекциях, приобретаются навыки работы с приборами медицинской электроники.

Методические указания рассмотрены и утверждены на заседании департамента Электронной техники 29.07.98, протокол № 9 .

Рецензенты: Тестоедов А.А., канд. техн. наук, доцент. Ионов В.А., канд. мед. наук, доцент.

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ №1 Тема : Функции скелетных мышц

Цель: Изучить свойство возбудимости, мембранный потенциал и потенциал действия. Познакомиться с методами определения двигательной хронаксии, силы у человека.

I. Теоретический раздел

1. Раздражимость и возбудимость.

2. Мембранный потенциал и потенциал действия.

3. Одиночное мышечное сокращение.

4. Понятие о хронаксии.

5. Мышечная сила (виды, величина, факторы ее определяющие).

6. Двигательная единица и ее элементы.

7. Регуляция напряжения мышц.

II. Основные методы исследования.

Определение хронаксии определение времени двигательной реакции, динамометрия.

III. Лабораторный практикум.

Работа № 1 Определение двигательной хронаксии у человека

Для характеристики возбудимости тканей важно учитывать пороговую силу раздражителя и время действия раздражителя на ткань. В связи с этим для полной характеристики возбудимости ткани в физиологию было введено понятие "хронаксия". Это условная величина, отражающая минимальное время, в течение которого ток, равный удвоенной реобазе, должен действовать на ткань, чтобы вызвать ее возбуждение.

Задача: освоить методику хронаксиметрии.

Методика. Для работы необходим хронаксиметр, специальные электроды, марлевая

салфетка, физиологический раствор. Индифферентный электрод (анод) укрепляют на

внутренней поверхности предплечья левой руки, под электрод кладут смоченную

физиологическим раствором марлевую салфетку.

Последовательность действий:

1. Находят двигательную точку. Для этого устанавливают напряжение 20-50 В и

длительность импульса 0,02с. Активным электродом (катодом), смоченным

физиологическим раствором, находят двигательную точку мышц сгибателя пальцев

правой руки (внутренняя область предплечья, нижняя треть - рис.1)

Рис.1 Расположение двигательной точки общего сгибателя пальца.

2. Определяют реобазу - минимальное напряжение при данной длительности импульса, при котором регистрируется сокращение мышцы. Определение начинают при напряжении 5 В, постепенно увеличивая его до появления сокращения мышцы -сгибателя. Фиксируют величину реобазы.

3. Определяют хронаксию. Для этого устанавливают напряжение, равное двум реобазам и нулевую длительность импульса. Увеличивают длительность импульса до появления сокращения мышцы и определяют хронаксию. Данные вносят в таблицу, анализируют, делают выводы.

Результаты

Исследуемые	Реобаза	Хронаксия
1.
2.
3.

Выводы :

Работа № 2. Определение времени двигательной реакции

Латентное время двигательной реакции (ЛВДР) - это время от момента подачи условного сигнала (свет, звук) до реализации двигательного акта (нажатия на кнопку). Оно обычно колеблется у разных исследуемых в пределах 0,18-0,2. с для светового и 0,15-0,18 с для звукового раздражителя. Это время расходуется на :

1. Восприятие раздражения в рецепторах.

2. Передачу возбуждения от рецепторов к нервным центрам мозга.

3. Анализ сигнала и формирование команды в нервных центрах мозга.

4. Передачу возбуждения от нервных центров к органу-исполнителю (мышце).

5. Сокращение мышцы.

На ЛВДР влияет функциональное состояние рецепторов, нервных волокон и центров, синапсов, мышцы.

Задача: овладеть методикой определения ЛВДР.

Методика. Исследуемый сидит удобной позе перед рефлексометром. Расслабленный палец находится на кнопке. Дается инструкция :"при появлении светового или звукового сигнала мгновенно нажать на кнопку". Исследуемый выполняет десять сенсомоторных реакций на световой раздражитель и десять на звуковой, которые подаются в случайной последовательности с интервалом в 3-5 с. Регистрируют время реакции на каждый раздражитель. Результаты вносят в таблицу, анализируют, делают выводы.

Результаты:

Исследуемый	Раздражитель	Результаты исследования
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	Средние данные
1
2
3
4
5

Выводы

Работа № 3. Электромиография

Электромиография (ЭМГ) - метод регистрации биоэлектрической активности мышц. ЭМГ используется в диагностических целях, при заболеваниях мышц, а так же при функциональных исследованиях двигательного аппарата.

Задача: ознакомиться с методикой регистрации ЭМГ и обработки данных при различных режимах работы мышцы.

Методика. Для работы необходим электромиограф, накожные электроды, электродная паста, вата, лейкопластырь, спирт. Регистрацию биопотенциалов мышц осуществляют с помощью специального прибора - электромиографа. Кожу над двуглавой мышцей плеча обезжиривают смесью эфира со спиртом, на электроды наносят электропроводную пасту для снижения сопротивления и улучшения контакта между электродами и кожей. Рабочие электроды фиксируют лейкопластырем биполярно на расстоянии 0,02м друг от друга. Поблизости от отводящих электродов на тело исследуемого помещают заземляющий электрод. Включают электромиораф и записывают калибровочный сигнал. Затем исследуемый производит динамическую работу: по команде в течение минуты выполняет ритмическое сгибание и разгибание руки в локтевом суставе в темпе 1 раз/с. После отдыха ( 120 с ) он выполняет в течение 30 с нагрузку статического характера - удержание в руке, согнутой в локтевом суставе под углом 60 градусов груз в 10 кг. В обоих случаях регистрируется ЭМГ. Отрезки полученных ЭМГ вклеивают в рабочую тетрадь, анализируют их по частоте и амплитуде, делают выводы.

Результаты:

Нагрузка Показатели	Динамическая	Статическая
Частота (ГЦ)
Амплитуда В)

Выводы :

Работа № 4. Эргография

Физическая работа характеризуется количеством участвующих в ней мышц, динамикой их сокращения и расслабления, силой и длительностью мышечной работы. Работа мышцы измеряется произведением массы поднятого груза на высоту его подъема. Методика, позволяющая получить графическую запись выполняемой физической работы, называется эргографией, прибор для записи - эргограф, а сама запись - эргограммой.

Задача: овладеть методикой эргоргафии.

Методика. Исследуемый садится на стул рядом со столом , на котором установлен эргограф. Кисть руки охватывает вертикальную стойку. На указательный палец надевает кольцо, которое тонким тросом связано с грузом. При движении троса происходит изменение сопротивления переменного резистора, которое пропорционально перемещению груза. Это изменение регистрируется на самописце М338-ЧП. При этом при коэффициенте усиления 0,2 входного сигнала одному мм смещения писчика на ленте соответствует 0,04 м смещения груза. Оценку работы производят по частоте и амплитуде зубцов эргограммы, величине груза и длительности работы.

Задача 1. Зависимость работы от массы груза

К тросу эргографа, перекинутому через блок, подвешивают груз массой от 1,5 до 3 кг. Включают метроном с частотой 1 сигнал /С и рекомендуют испытуемому поднимать груз, т.е. сгибать и разгибать указательный палец в ритме метронома, пытаясь сохранить как можно дольше максимальную амплитуду движений. Работу продолжают до полного утомления, т. е. до момента, когда мышцы пальца перестают сокращаться. По формуле

А = РН вычисляют величину работы в джоулях (Р—масса груза, Н—суммарная высота подъема, вычисляемая по эргограмме). Определяют длительность работы.

Задача 2. Зависимость работы от частоты мышечных сокращений

В этом опыте используют постоянный по массе груз, меняя ритм его подъема. Опыт осуществляют в два этапа: сначала при частоте 60 движений/мин, затем, после 10-минутного перерыва, 120 движений/мин. В обоих вариантах опыта вычисляют величину работы. Записывают протоколы опытов, вклеивают в тетрадь полученные кривые, рассчитывают и записывают полученные характеристики работы. Делают выводы.

Результаты:

Вид работы	Масса груза, кг	Суммарная высота подъёма груза,м	Работа, Дж	Время работы, с

Выводы :

Вопросы для самостоятельного изучения :

1. Отличие понятий "раздражимость" и "возбудимость".

2. Механизм и энергетика мышечного сокращения.

3. Функциональная структура двигательной единицы.

4. На схемах (рис. 2,3) обозначить все элементы.

Рис. 2 Двигательная единица Рис. 3 Нервно-мышечный синапс

1. - 1.-

2. - 2.-

3. - 3.-

4. - 4.-

5. -

Литература:

1. Нормальна фiзiологiя / За ред.. B.I Фiлiмонова.- Киiв.: Здоров'я, 1994.-С.5-38 .

2. Физиология человека/ Под ред. Г.И. Косицкого. - М. Медицина, 1985 - С. 19-54.

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ №2

Тема: Рефлекторный механизм деятельности ЦНС.

Цель: изучить элементы рефлекторной дуги, рефлекторную деятельность спинного и

головного мозга, свойства и принципы деятельности нервных центров.

I. Теоретический раздел.

1. Принципы деятельности ЦНС, рефлекторная теория И.П. Павлова.

2. Понятия о рефлексе, рефлекторной дуге, рефлекторном круге.

3. Анализ рефлекторной дуги (круга).

4. Понятие о нервных центрах, свойствах одностороннего проведения возбуждения, центральной задержки, суммации.

5. Закон доминанты. Понятие о "созвездии" в работе нервных центров.

6. Функции спинного мозга. Значение передних и задних корешков спинного мозга.

7. Основные отделы головного мозга и их функции.

8. Функции коры больших полушарий. Кортикализация.

П. Основные методы исследования.

Рефлексометрия, электроэнцефалография.

Ш. Лабораторный практикум.

Работа № 1. Определение сухожильных рефлексов у человека.

Сухожильные рефлексы осуществляются на уровне спинного мозга. Рефлекторная дуга состоит из рецептора, афферентного нервного волокна, чувствительного нейрона, находящегося вне спинного мозга, вставочного нейрона, мотонейрона, эфферентного волокна и мышцы.

Задача: научиться правильно вызывать и интерпретировать сухожильные рефлексы у

человека.

Методика. Вызов сухожильных рефлексов (коленного, ахиллова, локтевого) производят с

помощью неврологического молоточка. Для вызова коленного рефлекса исследуемого

усаживают на стул в положении нога на ногу. Пальцы рук рекомендуется сцепить перед

грудью и растягивать в стороны. При ударе молоточком по сухожилию четырехглавой

мышцы наблюдают разгибание голени.

1.-

2. -

3. -

4. -

5. -

6. -

Рис. 4 Схема дуги соматического рефлекса

Рис. 5 Локтевой рефлекс Рис. 6 Коленный рефлекс

Рис.7 Ахиллов рефлекс

Для вызова ахиллова рефлекса исследуемый становится коленом на стул, так, чтобы голень его свободно свисала с сидения, молоточком наносят удар по ахилловому сухожилию и наблюдают разгибание стопы. Для вызова локтевого рефлекса исследователь берет руку исследуемого снизу под локтевой сустав, чтобы она свободно свисала под углом 90 градусов и наносят удар по сухожилию трехглавой мышцы плеча. Это вызывает разгибание предплечья. Анализируют фрагменты рис.5,6,7. Отмечают моносинаптическую природу рефлексов. Делают выводы.

Результаты:

Выводы :

Работа №2. Электроэнцефалография

Электроэнцефалография (ЭЭГ) - это графическая регистрация биоэлектрических потенциалов головного мозга. ЭЭГ отражает электрическую активность корковых нейронов и подкорковых структур. Характер ЭЭГ зависит от функционального состояния мозга, индивидуальных особенностей, процессов переработки информации в мозге, наличия или отсутствия патологических изменений в ЦНС. ЭЭГ используется в клинике нервных болезней, в психиатрии, психологии, физиологии.

Задача; изучить основные ритмы ЭЭГ.

Методика. Регистрацию ЭЭГ проводят при посредстве электроэнцефалографа, состоящего из усилителя и записывающего устройства. Используют чашечкообразные серебряные хлорированные электроды. Предварительно заполняя их специальной пастой, укрепляют на поверхности головы исследуемого в местах проекций определенных областей коры, на мочке уха располагают индифферентный, в области височной кости – заземляющий электроды.

Записывают калибровочный сигнал. ЭЭГ регистрируют в состоянии покоя при закрытых глазах. На фоне выраженного альфа-ритма исследуемому дают команду открыть глаза. При этом возникает реакция десинхронизации - исчезает альфа - и появляется бета-ритм. Также вызывают десинхронизацию, предлагая исследуемому решение несложных арифметических действий. Отрезок кривой ЭЭГ вклеивают в тетрадь, анализируют частоту и амплитуду основных ритмов в состоянии покоя, при открывании глаз и выполнении арифметических действий, делают выводы.

1-основная горизонталь (нижний край глазницы и верхний край наружного слухового отверстия);

2-верхняя горизонталь (верхний край глазницы);

3-передняя вертикаль (середина скуловой дуги);

4- средняя вертикаль (головка нижней челюсти);

5- задняя вертикаль (задний край сосицевидного отростка);

6- ролландова линия;

7-сильвиева линия.

Рис. 8 Проекции корковых областей (по Кронлейну)

1 -лобная область (программирующая);

2-моторная проекция мышц верхних конечностей в левом полушарии (центры правой руки);

3-моторная проекции мышц верхних конечностей в правом полушарии (центры левой руки);

4-могорная проекция мышц нижних конечностей в левом полушарии (центры правой ноги);

5-моторная проекция мышц нижних конечностей в правом полушарии (центры левой ноги);

6-нижнетеменная (интегрирующая) область левого полушария; 7-нижнетеменная (интегрирующая) область правого полушария; 8-затылочная (зрительная) область.

Рис. 9 Схема расположения электродов Результаты:

Выводы

Работа № 3. Рефлекторные реакции глаза

Задача: проанализировать рефлекторные изменения диаметра зрачка человека в зависимости от освещенности и аккомодации.

Методика. Исследуемого ставят лицом к окну. Замечают ширину радужной оболочки и зрачка. Прикрывают двумя руками его глаза на 10 с. Исследуемый в это время представляет, что он смотрит на удаленный предмет. Снимают руку с одного глаза и смотрят на его зрачок. Затем снимают руку с другого глаза. Наблюдают рефлекторную реакцию на прямой свет. Описывают характер реакции. Снова закрывают оба глаза. Экспериментатор становиться сбоку и прикрывает один глаз так, чтобы можно было видеть зрачок исследуемого, но не настолько, чтобы в него попадал свет из окна. Снимает руку со второго глаза и смотрит, как в результате содружественной рефлекторной реакции на свет изменяется величина зрачка первого глаза, который остается прикрытым.

Реакция аккомодации или конвергенции. Исследуемого ставят к слабо освещенной стене. Просят его сначала посмотреть на стену, а затем перевести взгляд на палец экспериментатора, который помещается на расстоянии 0,15 м от кончика носа исследуемого. Описывают изменение просвета зрачка, указывают, какие отделы ЦНС осуществляют данные реакции.

Результаты:

Выводы :

Работа № 4. Стато-кинетические рефлексы у человека

Задача: проанализировать стато-кинетические рефлексы у студентов всей группы, дать сравнительную характеристику вестибулярной устойчивости.

Методика. 1 упражнение. Исследуемый с закрытыми глазами и вытянутыми руками, стоя на носках, удерживает положение равновесия. Измеряют время, в течение которого он не теряет положения равновесия. При его удержании более 60 с опыт прекращают. Наблюдения повторяют после десятикратного быстрого кружения. Полученные данные заносят в таблицу.

2 упражнение. Исследуемый, стоя с закрытыми глазами, активно поворачивает голову в сторону до максимума и одновременно вытягивает руки вперед. Оценивают положение рук относительно линии горизонта. Данные заносят в таблицу в виде (+) при наличии отклонения рук и (-) - при его отсутствии.

3 упражнение. На некотором расстоянии от исследуемого ставят штатив, которого он должен коснуться линейкой. После быстрого вращательного движения исследуемый закрывает глаза и, сразу же открыв их, касается линейкой штатива. Пробу оценивают: (+) - при попадании, (-) - при промахе. Данные заносят в таблицу и делают выводы.

Результаты:

Ф.И.О	1 упражнение	2 упражнение	3 упражнение
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.

Выводы

Работа № 5. Защитный дыхательный рефлекс со слизистой верхних дыхательных путей у человека

Задача: убедиться в наличии защитных дыхательных рефлексов, замыкающихся на уровне продолговатого мозга.

Методика. У исследуемого определяют частоту дыхательных движений в состоянии покоя. Подносят вату, смоченную нашатырным спиртом, к носу на расстоянии О, O3м, отмечают по секундомеру время задержки дыхания. Дают письменный анализ всех составляющих элементов рефлекторной дуги, делают выводы.

Результаты:

Выводы :

Работа 6. Рефлекс Ашнера

Задача: уяснить рефлекторный механизм регуляции деятельности сердца. Методика. Исследуемого укладывают на кушетку, пальпаторно трижды подсчитывают пульс за 10с. Среднее его значение принимают за исходное. Затем в течение 10с легко надавливают на глазные яблоки исследуемого, подсчитывают пульс во время, сразу после прекращения надавливания, на 30, 60, 90 с восстановительного периода. Опыт можно проводить без подсчета пульса, осуществляя контроль по ЭКГ. Полученные данные вносят в таблицу, анализируют, делают выводы.

Результаты;

Показатель	Исходная величина	Во время и сразу после надавливания	После прекращение надавливания через (с):
			30	60	90

Выводы :

Вопросы для самостоятельного изучения:

1. Физиология нейрона.

2. Механизм передачи возбуждения в синапсе. На рисунке 10 (А) обозначить элементы синапса. На рисунке 10 (Б) показать локальный потенциал, потенциал действия и критический уровень деполяризации.

3. Виды торможения в ЦНС.

4. Физиология вегетативной нервной системы.

Рис. 10 (А) Возбуждающий синапс Рис. 10 (Б) Электрофизиологические феномены

А

1-

2-

3-

4-

Б

1-

2-

3-

Литература:

1. Нормальна фiзiологiя / За ред.. B.I Фiлiмонова.- Киiв.: Здоров'я, 1994.-С.38-80,141-167

2. Физиология человека/ Под ред. Г.И. Косицкого. - М. Медицина, 1985 - С. 158-178.