WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

5. Определить направление и скорость движения дрожжевых клеток.

Внимание: при определении направления движения учитывайте инверсию микроскопа.

Цена деления шкалы окуляр-микрометра равна 0,1 мм (при увеличении 815). Скорость движения дрожжевых клеток определить для пяти различных значений напряжения 15; 30; 45; 60; 75 В - для каждого из них не менее пяти раз.

Изменение напряжения достигается перемещением движка реостата. Определить знак заряда дрожжевой клетки.

6. Полученные данные свести в таблиц, для каждого значения напряжения рассчитать среднюю скорость движения, а также средние значения подвижности и дзетта-потенциала дрожжевых клеток.

7. Построить график зависимости скорости движения клеток от напряжения.

Тема 6. БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ТКАНЯХ И КЛЕТКАХ Все виды потенциалов можно разделить на электродные (электрохимические) и ионные.

Электрод - это соединение “металл - раствор электролита”. Электродный потенциал - разность потенциалов между металлом и электролитом. Электродные потенциалы разделяются на две группы: концентрационные и окислительновосстановительные.

Концентрационные потенциалы образуются при наличии электродов, обратимых по исследуемому иону, например, металл - раствор соли того же металла.

В этом случае величину разности потенциалов между двумя электродами вычисляют по формуле Нернста: E=RT/nFln C1/C2, где R=8.314 Дж / (град моль) - универсальная газовая постоянная; Т - абсолютная температура в К; F= Кл/г-экв - число Фарадея; С1 и С2 - концентрация электролитов; n - валентность металла.

С достаточной степенью приближения Е=58/nln C1/C2.

Окислительно-восстановительные потенциалы образуются при наличии инертных электродов, “обратимых по электронам”. Металл электродов играет роль проводника электронов, переходящих от одних атомов к другим в процессе окислительно-восстановительной реакции. Величина окислительновосстановительной разности потенциалов определяется по формуле:

E = R T F ln O x R e d + C [ ] [ ], где [Ox] - концентрация окислительного компонента системы; [Red] - концентрация восстановленного компонента; С - константа.

Ионные потенциалы возникают там, где имеет место неравномерное распределение анионов и катионов по две стороны какой-либо границы раздела, т.е.

двойные электрические слои приурочены не к границе электрода со средой, а к самой среде. Асимметрия ионов обусловливается в основном тремя типами неравномерного распределения ионов в физико-химических системах.

Диффузионные потенциалы возникают при наличии жидкостного контакта между растворами, содержащими один и тот же растворитель, но отличающимися друг от друга различной подвижностью ионов. Разность потенциалов обусловлена различием скорости диффузии катиона и аниона и определяется по формуле Гендерсона:

+ - + E = U - U U + U R T n F ln C1 C () ( ), g где U+ и U- - подвижность соответственно катиона и аниона.

Полярность диффузионного потенциала зависит от соотношения подвижности анионов и катионов.

Мембранные потенциалы возникают при наличии мембраны, обладающей различной проницаемостью для разных ионов. Если мембрана, разделяющая растворы электролита различных концентраций, проницаема только для одного из ионов, то возникающий мембранный потенциал описывается уравнением Нернста, где С1 и С2 - концентрация проникающего иона по разные стороны мембраны. Если мембрана проницаема для обоих ионов, то мембранный потенциал описывается частным случаем уравнения Гольдмана:

Pk + + Pa [K ] [A ] RT E = ln F Pk + + Pa -, [K ] [A ] j j где Рa и Рk - коэффициенты проницаемости для аниона и катиона; [A-] и [K+] - концентрации аниона и катиона по разные стороны мембраны.

Фазовые потенциалы возникают на границе двух фаз, например, водного раствора электролита и несмешивающегося с водой растворителя. Величина фазовых потенциалов определяется по формуле Нернста.

Потенциалы, возникающие в живых системах (в клетках и тканях), являются ионными. Учитывая связь биопотенциалов с определенными физиологическими процессами, различают следующие их группы:

а) потенциалы покоя неповрежденных клеток. Разность потенциалов регистрируется между наружной поверхностью и внутренним содержимым клетки;

б) демаркационные, или потенциалы повреждения, регистрируемые между поврежденным и неповрежденным участками ткани;

в) потенциалы действия регистрируются в момент возбуждения между возбужденным и невозбужденным участком;

г) метаболические потенциалы, регистрируемые между участками с различной скоростью метаболических процессов.

Для наблюдения и регистрации биопотенциалов применяют три основных методических приема: 1) компенсационные схемы; 2) регистрация силы тока в цепи при помощи гальванометра; 3) регистрация с помощью катодных осциллографов. Первые два приема используются для регистрации медленно изменяющихся колебаний (потенциала покоя, повреждения, метаболического), третий - для регистрации потенциала действия.

При регистрации разности потенциалов от биологических объектов входное сопротивление регистрирующих приборов должно быть примерно на два порядка выше, чем сопротивление объекта. Поэтому в цепь между объектом и регистрационным прибором обычно включают предусилитель с высоким входным сопротивлением или применяют измерители потенциалов с высоким входным сопротивлением (например, иономеры или рН-метры). В качестве усилителя при регистрации постоянных и медленно изменяющихся потенциалов можно использовать иономер ЭВ-74. Прибор работает в режиме милливольтметра при нажатой кнопке “mV” и позволяет вести измерения от 100 до 1900 мВ (диапазон измерения выбирают нажатием соответствующей кнопки). Иономер имеет выход напряжения, величина которого пропорциональна показанию стрелочного прибора, что позволяет осуществлять регистрацию измерений на самописце.

При отпущенном положении кнопки “+” знак регистрируемого потенциала соответствует знаку потенциала активного электрода, при нажатой кнопке зависимость обратная. При нажатой кнопке “t’“ усилитель и стрелочный прибор иономера отключены от входа. Таким режимом работы следует пользоваться до начала измерений и в случае отсоединения электродов от объекта. В этом случае стрелку регистрирующего прибора можно перемещать вдоль шкалы с помощью ручки “Температура раствора”, что может быть использовано для калибровки шкалы самописца.

Для измерения постоянных потенциалов необходимо использовать электроды, обладающие минимальным собственным потенциалом (неполяризующие электроды). В практике биологических измерений часто применяют серебряные электроды, покрытые слоем хлористого серебра. Хлорирование электродов осуществляется либо электролитическим способом, либо обработкой раствором состава: 80 мл воды, 10 г хлорида натрия, 10 г сульфата меди, 2,5 мл концентрированной серной кислоты.

При регистрации только быстрых изменений потенциала (потенциала действия) могут быть использованы и поляризующиеся электроды, обычно из серебра. В этом случае используют усилительную и регистрирующую технику с емкостным входом, фильтруя постоянную составляющую измеряемых потенциалов.

Лабораторная работа 1. РЕГИСТРАЦИЯ ПОТЕНЦИАЛОВ ДЕЙСТВИЯ НЕРВА ЛЯГУШКИ Для регистрации потенциалов действия часто применяют катодные осциллографы. С целью согласования высокого сопротивления биологического объекта и низкого входного сопротивления осциллографа между ними обычно включается предусилитель с высокоомным входом. Та же задача решается использованием катодного (или истокового) повторителя. В последнем случае все усиление сигнала достигается с помощью усилителя катодного осциллографа. Считая коэффициент усиления повторителя примерно равным 1, амплитуду и длительность наблюдаемого сигнала можно оценить с помощью калибровки осциллографа.

При наблюдении потенциалов действия, вызванных периодически наносимым электрическим раздражением, необходимо синхронизировать момент начала пробега луча осциллографа с моментом нанесения электрического импульса.

В этом случае наблюдаемый сигнал будет возникать в одном и том же месте экрана осциллографа. Это достигается запуском развертки осциллографа внешним сигналом, например, синхроимпульсом стимулятора, который опережает на какой-то промежуток времени появление раздражающего импульса (рис.10).

Время задержки раздражающего импульса относительно синхроимпульса, а следовательно, положение на экране осциллографа наблюдаемого сигнала, может быть установлено произвольно с помощью ручек “Задержка” стимулятора.

Естественно, что для успешного наблюдения сигнала время задержки не должно превышать времени пробега луча по экрану осциллографа.

Изображение сигнала на экране осциллографа по сути является графиком напряжение-время. Масштаб оси Х (ед. времени/см) и Y (ед. напряжения/см) может быть изменен с помощью соответствующих ручек управления осциллографом.

Для внеклеточного отведения могут быть использованы поляризующиеся электроды, при этом регистрируются только быстрые биопотенциалы и используются усилители переменного тока, не пропускающие постоянную составляющую сигнала.

Рис.10. Временная диаграмма синхроимпульса, раздражающего импульса и регистрируемого ответа:

1 - синхроимпульс, снятый на соответствующем выходе стимулятора;

2 - раздражающий импульс; 3 - развертка осциллографа:

а - начало пробега луча; б - момент нанесения раздражения;

в - ответ биологической ткани на раздражение; Т - время задержки раздражающего импульса относительно синхроимпульса Упражнения данной лабораторной работы выполняются на установке, схема которой приведена на рис.11. Следует помнить, что включать повторитель можно только, тогда, когда на регистрирующих электродах находится нерв. Обязательно соблюдать порядок включения: первым - источник питания, затем - повторитель. По окончании работы сначала закорачивается вход и выключается повторитель, затем его источник питания и остальные приборы. Чернильный регистратор включается только на период осуществления записи и выключается сразу по ее окончании.

Цель работы: изучить биоэлектрическую активность возбудимых тканей.

Задачи работы: исследовать потенциалы действия нерва лягушки и влияние на него различных факторов.

Упражнение 1. Исследование зависимости интенсивности порогового раздражителя от его длительности на седалищном нерве лягушки Принадлежности: препаровальный набор; стеклянные крючки; 0,6%-ный раствор хлорида натрия.

Ход работы 1. Проверить рабочую установку (рис. 11). Ключ (6) поставить в замкнутое положение. Раздражающие электроды подключить к изолирующему трансформатору стимулятора.

Рис.11. Схема установки для регистрации потенциалов действия нерва:

1 - стимулятор ЭСЛ-2; 2 - истоковый повторитель с источником питания; 3 - осциллограф С1-68; 4 - чернильный регистратор Н 338;

5 - запуск развертки осциллографа синхроимпульсом; 6 - ключ;

7 - раздражающие электроды; 8 - регистрирующие электроды; 9 - нерв 2. Включить осциллограф и стимулятор тумблерами “Сеть”.

3. Переключатель “Род работы” стимулятора поставить в положение “Внутр.”. В этом режиме работы стимулятор генерирует электрические импульсы с частотой, заданной ручками управления. Установить частоту около 1 Гц.

Генерация электрических импульсов сопровождается звуковой индикацией. Каждому импульсу стимулятора должен соответствовать пробег луча осциллографа, работающего в ждущем режиме (переключатель “Синхронизация” осциллографа должен стоять в положении “Внеш. 1:1”). При отсутствии синхронизации ее подстраивают ручкой осциллографа“Уровень”. Переключатель стимулятора “Амплитуда” поставить в положение между “х 1” и “х 10”. При этом генерируемые электрические импульсы не поступают на выходные клеммы стимулятора.

4. Выделить на максимальную длину седалищный нерв лягушки и положить его в экспериментальную камеру таким образом, чтобы он расположился на всех четырех электродах. В камеру в стороне от электродов положить ватку, смоченную физиологическим раствором. Камеру прикрыть предметным стеклом. Во избежание шунтирования электродов физиологическим раствором сам нерв следует слегка подсушить фильтровальной бумагой.

5. Включить источник питания повторителя, затем сам повторитель тумблером на задней стенке. Ручкой “Баланс” установить в положение “О” стрелку индикатора.

6. Выставить на стимуляторе длительность раздражающего импульса 0,008мс и частоту следования 0,5-0,8 Гц. Переключатель диапазонов “Амплитуда” поставить в положение “x 1” и ручкой плавной регулировки амплитуды добиться появления на экране осциллографа потенциала действия. При необходимости использовать диапазон амплитуд “x 10”. Характерный признак потенциала действия - его неизменная полярность при изменении полярности раздражающего импульса. Пользуясь масштабной сеткой осциллографа, измерить амплитуду и длительность потенциала действия.

7. По шкале амплитуд стимулятора определить для длительности 0,008 мс пороговую амплитуду раздражителя - наименьшую амплитуду раздражающего импульса, при которой наблюдается еще появление потенциала действия. Аналогичным образом найти соответствующие минимальные значения амплитуд для десяти различных значений длительности раздражающего импульса. Следует учесть, что изолирующий трансформатор стимулятора уменьшает амплитуду генерируемых импульсов в 3,3 раза.

8. Свести в таблицу полученные данные и построить график зависимости пороговой амплитуды раздражителя от длительности его действия. Определить значения реобазы - пороговой амплитуды бесконечно длительного раздражителя.

Упражнение 2. Определение импеданса нерва в момент возбуждения Величина порогового тока (I) зависит от приложенного напряжения (U) и импеданса (Z): I = U/Z При включении в сеть резистора (R) последовательно с раздражающими электродами при неизменной величине U ток в цепи будет меньше I, а падение напряжения на участках цепи будет пропорционально R и Z. Если увеличить раздражающее напряжение в два раза по сравнению с пороговым (U=2U), а сопротивление R уменьшить до появления потенциала действия, то это будет свидетельствовать о протекании в цепи порогового тока I. В этом случае 2U = I(R+Z), откуда следует, что U = IR.

Окончательно R = Z.

Если раздражение производится импульсами прямоугольной формы, то величина заряда, пошедшего на деполяризацию, равна Q = It Ход работы 1. Приготовление установки к работе и регистрация потенциала действия седалищного нерва осуществляются, как и при выполнении упражнения 1.

2. Измерить пороговое значение напряжения (U) для длительности импульса 0,1 мс. При этом ключ (6) должен быть замкнут.

3. Выставить на стимуляторе амплитуду раздражающего импульса равную 2U. Разомкнуть ключ (6).

4. Не меняя длительности импульса, подобрать максимальное значение сопротивления R, при котором еще наблюдается появление потенциала действия.

5. Вычислить количество перенесенного заряда при пороговой силе тока.

6. Аналогичные измерения произвести для длительности раздражающего импульса 0.2 мс, 0.5 мс, 0.8 мс.

Упражнение 3. Влияние наркотических веществ на проведение потенциала по нерву Если исследуемый в первом упражнении нерв хорошо сохранился, можно продолжать работу на нем. На участок нерва между раздражающими и отводящими электродами положить кусочек ваты, смоченный эфиром или спиртом.

Запись изменений потенциала действия осуществляется на чернильном регистраторе при скорости протяжки ленты 10 мм/с. Параметры раздражающего стимула: длительность 0,1мс, частота следования 0,5 Гц, амплитуда - в два раза выше пороговой для данной длительности. Необходимо получить контрольную запись потенциала действия и процесс развития блокады проведения возбуждения. Проставить на полученной записи калибровку осей амплитуд и времени.

Упражнение 4. Наблюдение возникновения потенциалов действия нерва лягушки при раздражении хлористым натрием Наблюдение за возникающими при химическом раздражении потенциалами действия можно вести на осциллографе с непрерывной разверткой. Переключатель “Синхронизация” осциллографа установить в положение “Сеть”, запись вести на самопишущем чернильном регистраторе со скоростью 25-50 мм/с.

Кристаллик соли поместить на участок нерва, лежащий на раздражающих электродах, и одновременно включить лентопротяжный механизм самописца. На полученной записи отметить момент нанесения раздражителя и определить время до появления первых потенциалов действия.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Артюхов В.Г. и др. Биофизика. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1994.

Биофизика / Под ред. П.Г. Костюка. - Киев: Вища школа, 1983.

Владимиров Ю.А. и др. Биофизика. М.: Медицина, 1983.

Волькенштейн М.В. Биофизика. М.: Наука, 1981.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.