Методи досліджень у фізіології риб

“Часто говорится, и недаром, что наука движется толчками в зависимости от успехов, делаемых методикой. С каждым шагом методики вперед мы как бы поднимаемся ступенью выше, с которой открывается нам более широкий горизонт с невидимыми раньше предметами”

И. П. Павлов

Основними методами дослідження у фізіології є спостереження й експеримент.

Спостереженнямназивають процес вивчення явищ об'єктивного світу в тому його вигляді, у якому вони відбуваються в природних умовах.

Спостереження відрізняється від простого сприйняття. У спостереженні дослідник ставить визначену ціль, розробляє методику спостереження. Схема спостереження може бути такою:

1. Встановлюється об'єкт спостереження. Вказується мета спостереження, а також тема спостереження, відзначається якась сторона, якийсь визначений момент, що буде піддаватися спостереженню.

2. Визначаються засоби спостереження.

3. Розробляються прийоми опису, реєстрації даних спостереження (щоденники, знімки, малюнки, схеми, графіки й інші види документації).

Спостереження за своєю природою реєструє лише той факт, і в такій формі, у якій він є в природних умовах. Це не завжди задовольняє наукове пізнання, адже явище, що вивчається методом спостереження, може дуже рідко повторюватися і відбуватись у надзвичайно складних умовах. Більш ефективним методом дослідження є експеримент.

Експериментомназивають штучну зміну або відтворення якогось явища з метою його вивчення. У даному випадку об'єкт вивчається у найбільш сприятливих умовах. Цей метод має ряд переваг у порівнянні зі спостереженням.

Експериментдає можливість досліднику:

1. Усунути, ізолювати досліджуване явище від впливу побічних, несуттєвих впливів, що затемнюють його сутність, і вивчати його в чистому вигляді.

2. Багаторазово відтворювати хід процесу в строго фіксованих умовах, що піддаються контролю і обліку.

3. Планомірно змінювати, варіювати, комбінувати різноманітні умови з метою одержання бажаного результату.

4. Вивчати явища, що у природних умовах не зустрічаються.

У фізіологічних дослідженнях експеримент може бути застосований у таких варіантах: у формі гострого досліду, хронічного досліду і у формі моделювання функцій.

За гострого досліду (вівісекції) тварина піддається наркозу і проводиться операція, мета якої – одержати тимчасовий доступ до внутрішніх органів, а потім впливати на них (електричне подразнення нервів і м'язів, перев'язка судин, застосування фармакологічних препаратів цільового призначення тощо). Отримані результати реєструються відповідними приладами.

Різновидом гострих дослідів є методика ізольованих органів. Життєдіяльність останніх підтримують спеціальними прийомами, які забезпечують близький до нормального обмін речовин (перфузія) або просто поміщенням органів у розчин живильних речовин, ізотонічних крові. Іноді орган ізолюють не цілком (досліди in vivo або in situ, тобто в місці їхнього звичайного розташування). У цьому випадку перекривають систему кровопостачання і орган підключають до апарату штучного кровообігу.

Хронічні досліди проводять звичайно на тваринах, спеціально підготовлених, тобто заздалегідь оперованих в асептичних умовах і які оправилися після операції. Метою останньої може бути накладення фістул на шлунок або кишечник, виведення назовні протоків залоз або сечоводів, вживляння електродів для нанесення подразнення на тканину і орган або відведення біопотенціалів, видалення окремих органів або їхніх частин тощо.

Хронічні досліди проводять і на інтактних (лат.intactus – недоторканий) тваринах. Для цього використовують спеціальну апаратуру. Так, для вивчення витрат енергії або впливу на організм температури та інших чинників зовнішнього середовища, а також для дослідження вищої нервової діяльності, тварин поміщають у камери, які мають спеціальні датчики. У останні роки значного поширення набуває телеметричний метод дослідження, за якого датчики, що знаходяться в тілі або на тілі тварини, перетворюють дані в радіосигнали, що реєструються на значному віддаленні від об'єкта дослідження. Цей метод дозволяє реєструвати зміни фізіологічних функцій або місце знаходження риб у процесі їх міграції тощо.

Моделювання функцій у фізіології ґрунтується на розгляді організму як біокібернетичної системи.

Фізіологічні моделі різноманітні за формою. До теоретичних моделей можна віднести, зокрема, умоглядні гіпотези і схеми, засновані на логічних побудовах, а також математичні формули і рівняння, що описують закономірності перебігу фізіологічного процесу.

Фізичні моделі представлені апаратами, що імітують ту або іншу функцію, побудовані на підставі експериментально отриманих кількісних параметрів, наприклад, електронна модель живої клітини.

Метод моделювання дозволяє, з одного боку, перевірити поза організмом сутність фізіологічних гіпотез, а з іншого боку – відтворити на моделі елементи тих або інших функцій або розробити пристрої, що тимчасово замінюють деякі органи.

Водночас необхідно пам'ятати, що будь-яка фізична і математична модель не може цілком охопити біологічні закономірності, оскільки вони є результатом складного ланцюга взаємодій.

Фізіологічні дослідження на тваринах, що живуть у воді, мають свою специфіку. У риб вимірюється частота періодичних процесів – частоти дихальних рухів, скорочень серця, моторики шлунка, плавальних рухів. Визначаються кількісні показники фізіологічних процесів – кількість з'їденої їжі, кількість води, яка проходить через зябра, інтенсивність кровотоку, сечоутворення, секреції шлункового соку тощо. Проте при вимірах необхідні особливі прийоми, що враховують водний спосіб життя риб. Досліджуваних риб витримують у акваріумах. Підтримка фізіологічних функцій у досліджуваних риб у нормі можлива лише при створенні у акваріумі оптимальних умов існування. Будь-які порушення (нестача кисню, підвищення вмісту у воді речовин, що мають в своєму складі азот, зміна рН тощо) будуть спотворювати результати спостережень і експериментів.

Багато спостережень і вимірів проводять через стінку акваріуму або через поверхню води. Візуальні спостереження дозволяють визначити частоту дихальних рухів, частоту руху плавців, швидкість переміщення риб, зміну актів поведінки – поїдання корму, сутички, залицяння й ін. Визначається тривалість перебування в різних зонах акваріуму – на світлі і у темноті, в умовах температурного градієнту, у струменях, що містять пахучі і токсичні речовини. Так вивчають спектральну, звукову, смакову чутливість, а також характеристики утворення рефлексів. При дослідженнях риб у незвичних умовах, аби уникнути стресу, її наркотизують. За тривалої роботи з рибою поза водою їй штучно зрошують струменем води зяброву порожнину.

Під час проведення хірургічних експериментів у риб розтинають черевну порожнину, оголюють мозок, нерви, проводять екстирпацію залоз внутрішньої секреції, роблять кишкові і шлункові фістули, канюлюють сечоводи і кровоносні судини. У риб немає значних підшкірних судин, тому навіть взяття крові потребує спеціальних прийомів. Набагато складніше, ніж ссавцям, уводити рибам внутрішньовенно різноманітні речовини. Тому ін'єкції рибам звичайно роблять внутрішньом^’язово, внутрішньочеревно або через рот. Можна вводити досліджувані речовини ректально. Для поліпшення результатів операцій риб промивають і поміщають у розчини антибіотиків.

Певні труднощі виникають під час вивчення харчування, травлення і екскреції у риб. Корми, які задаються рибам, швидко розкисають і втрачають свої поживні властивості, тому що багато речовин добре розчинних у воді. Це стосується у першу чергу штучних кормів – фаршів, порошків, гранул. Тому для визначення точної кількості з'їденої їжі використовують розтин риб, промивання травного тракту через рот або анус, примусову годівлю шматками їжі (застосовують при вивченні травлення хижих риб), а також введення їжі за допомогою зондів і трубок (використовують при роботі з мирними рибами, які мають вузький стравохід). Визначення засвоєння рибами поживних речовин корму пов'язано зі збором фекалій, що дуже важко зробити у воді. Тому вдаються до видавлювання і відсмоктування вмісту заднього відділу кишечника, розтину риб, або використовують акваріуми з конічним дном, який можна періодично знімати. Для визначення засвоєння корму в нього вводять інертні речовини – целюлозу, дрібні добре помітні частки, окис хрому і інші речовини.

Під час вивчення обміну речовин використовують радіоактивні і стабільні ізотопи. Їх застосовують для визначення засвоєння рибами токсикантів і мінеральних речовин, розчинених у воді.

Вивчення дихання риб відрізняється від вивчення такого у тварин, що дихають киснем повітря. Риб поміщують у замкнені або проточні резервуари і визначають зменшення розчиненого у воді кисню. Поширення в останні роки кисневих електродів зробило вивчення дихання риб простим і зручним. Сучасні пристрої дозволяють постійно реєструвати споживання кисню рибами протягом багатьох діб підряд, використовуючи автоматичний запис результатів.

Спостереження й експеримент дають можливість одержати достовірні факти. Але на цьому наукова робота не закінчується. Застосовуючи теоретичні методи, факти треба зіставити з раніш відомими і дати наукове пояснення в рамках діючих теорій чи відпрацювати нову теорію, яка давала б змогу вірно їх описати.