«Современные методы исследования психофизиологии памяти»
Введение
Глава 1. Современные методы исследования памяти
1.1 Микроэлектродный метод
1.2 Электроэнцефалография (ЭЭГ)
1.3 Магнитоэнцефалография (МЭГ)
Глава 2. Визуальные методы исследования памяти
2.1 Позитронно-эмиссионная томография
2.2 Ядерная магнитная резонансная интроскопия
Заключение
Источники и литература
Введение
Память – это психофизиологический процесс, состоящий из запоминания, сохранения и воспроизведения информации.
Основателем психофизиологии является английский врач Девид Гаржли. За период становления психофизиологии как науки особое внимание уделялось изучению центральной нервной системы и ее физиологических проявлений. Одним из важных направлений (в изучении центральной нервной системы) является поиск структур головного мозга, отвечающих за память. Ни одна из физиологических функций не имела столь пристального и всестороннего изучения биологами, физиологами, психологами, неврологами и др. науками. Накопившийся клинический и экспериментальный материал позволил высказать целый ряд теорий, объясняющих процессы памяти.
1. Теория ассоциаций по смежности, сходству, контрасту.
2. Гештальтпсихология.
3. Бихевиоризская теория.
4. Теория психоанализа.
5. Смысловая теория.
6. Биохимическая теория.
7. Нейронная теория.
8. Волновая теория единиц памяти.
Перечисленные теории позволяют проследить направление мысли ученых и ограниченность применявшихся методов исследования.
Развитие технического прогресса и внедрение новых методов исследования позволяют подняться на качественно новый виток исследований тайн человеческой памяти.
Изучение памяти имеет не только научный, но и практический интерес: написание школьных учебников, программ обучения, составления графика школьных занятий. Изучение объема кратковременной памяти, проводимое у дошкольников по формуле КП=7+2, составляет всего от 5 до 9 картинок, цифр, слов. По объёму кратковременной памяти можно прогнозировать успешность обучения или отставание в развитии. ОКП=2+1 является учебным баллом. При исследовании дошкольников необходимо отразить в карте ребенка: тип центральной нервной системы: сангвиник, флегматик, холерик, меланхолик; биоритмическую активность ЦНС: «жаворонок», «сова», «голубь»; превалирующий тип памяти: слуховой, слухо-музыкальный, «слухо-двигательный», или зрительный, зрительно-логический.
Собранная информация позволяет индивидуально развивать ребенка, используя присущий ему вид памяти, и ровно вести группу детей в познавательном процессе. У лиц со слуховым типом памяти для обучения иностранным языкам, медицинским терминам, формулам в физике, химии может быть использована первая фаза медленного сна, длящаяся 90-100 минут. Биохимическая и электрическая активность мозга в данную фазу сна еще остается на уровне бодрствования, и слуховая информация может быть усвоена. Молодые специалисты, выезжающие в заграничные командировки, обладая слуховым типом памяти, могут в кратчайшие сроки овладеть разговорной речью. Память достигает своего максимального развития к 25 годам, удерживается на высоком уровне до 40-45 лет, затем начинает ухудшаться. В связи с этим, имеется возрастное ограничение для приема документов на дневное вузовское и последующее аспирантское образование.
Электроэнцефалографические методы исследования и дополняющие ее томографические, сосудистые биохимические методы позволяли создать карты структур головного мозга, участвующих в запоминании и воспроизведении информации, диагностировать причины ухудшения памяти. Первое поколение приборов, позволяющее видеть тонкую энергетическую оболочку, окружающую тело человека, - ауру, позволяют наблюдать эмоциональные проявления воспоминаний. Считывание информации с эмоциональной и ментальной оболочек ауры еще недоступно. Будущему поколению ученых приоткроется и эта тайная сторона человеческой памяти.
Глава 1. Современные методы исследования памяти
1.1 Микроэлектродный метод
Исследование человека и тайн его памяти идет в ногу с техническим прогрессом. Появились графические электрофизиологические методы исследования с использованием микроэлектродов. Свое название они получили потому, что диаметр их регистрирующей поверхности составляет около одного микрона. Микроэлектроды бывают металлическими и стеклянными. Металлический микроэлектрод представляет собой стержень из специальной высокоомной изолированной проволоки с регистрирующим кончиком. Стеклянный микроэлектрод диаметром около 1 мм изготавливается из специального стекла – пирекса, с тонким незапаянным кончиком, заполненным раствором электролита. Микроэлектроды подводят к изучаемым отделам головного мозга, отвечающих за память у животных, и наблюдают графическую запись импульсной активности нейронов.
1.2 Электроэнцефалография (ЭЭГ)
Первым высокоинформативным, неинвазивным методом исследования ЦНС у человека явилась электроэнцефалография.
Кожа головы в местах наложения электродов протирается спиртом, обезжиривается, затем наносят специальную электропроводящую пасту-гель.
Существует два способа регистрации ЭЭГ: биполярный и монополярный. При биполярном отведении регистрируется разность потенциалов между двумя активными электродами. Этот метод используют в клинике для диагностики локализации патологического очага в мозге. В психофизиологии используют метод монополярного отведения. Один электрод располагают над изучаемым участком мозга, другой на мочке уха или сосцевидном отростке, где электрические процессы минимальны и их можно принять за ноль.
Для сопоставления ЭЭГ результатов, полученных в лабораториях стран мира, потребовалось создание единой стандартной системы наложения электродов, получившей название системы «10-20». В соответствии с этой системой, психофизиологии обязаны сделать три измерения черепа у исследуемого:
1. Продольный размер черепа – расстояние от переносицы до затылочного бугра.
2. Поперечный размер черепа – расстояние между наружными слуховыми проходами.
3. Длина окружности головы, измеренная по этим же точкам.
Данные размеры используются для вычерчивания сетки, в местах пересечения которой накладывают электроды. Электроды, расположенные по средней линии, отмечают индексом Z; отведения электродов от левой половины головы нумеруют нечетными индексами, от правой половины головы нумеруют четными индексами.
Отведения электродов в системе «10-20»:
1. фронтальные (лобные) F 1 …
2. центральные С 1 …
3. париетальные (теменные) Р 1 …
4. темпоральные (височные) Т 1 …
5. окципитальные (затылочные) О 1 …
У здоровых людей в состоянии бодрствования в затылочных областях мозга, ответственных за зрительную память и ориентацию в пространстве, регистрируется альфа-ритм с частотой от 8-13 Гц. Впервые данный ритм был зарегистрирован и описан Гансом Бергером под названием альфа-ритм. Очень важно отметить, что при атрофии зрительного нерва, многолетней или врожденной слепоте альфа-ритм исчезает. Но в теменной области, ответственной за тактильную память, хорошо развитую у слепых – компенсирующей потерю зрения, появляется близкий по частоте к альфа-ритму – мю-ритм. В эксперименте мы можем наблюдать смену альфа-ритма на мю-ритм, пациенту завязывают глаза и предлагают на ощупь определить знакомые нам предметы.
У лиц, страдающих расстройством зрительной памяти и ориентации в пространстве, блуждающих и теряющихся на улицах города, альфа-ритм едва прослеживается, ввиду торможения в затылочной области. После курса магнитотерапии на затылочную область восстанавливается зрительная ориентация в пространстве и альфа-ритм.
У лиц со слуховой, музыкальной памятью, музыкантов, композиторов в левой височной области, ответственной за данный вид памяти, регистрируется близкий по частоте к альфа-ритму – Каппа-ритм.
У испытуемых при исполнении музыкального произведения по памяти, мы легко отслеживаем смену альфа-ритма на Каппа-ритм.
Феноменальной слуховой памятью обладал композитор Моцарт. В 14-летнем возрасте он попал в Рим, где в соборе Святого Петра услышал произведение церковной музыки. Ноты хранились в величайшем секрете и составляли тайну папского двора. Молодой Моцарт, придя домой, по памяти воспроизвел услышанную музыку. Много лет спустя, удалось сопоставить запись Моцарта с подлинником нот, как оказалось, в нотах Моцарта не было ни единой ошибки.
Что же представляет собой ЭЭГ танцоров, фигуристов переполненных эмоциями прекрасно владеющих слуховой, зрительной, двигательной памятью? Стоит зазвучать музыке и во всех областях мозга появляется Бетта-ритм, колебания в диапазоне от 14 до 30 Гц.
Бетта-ритм мы наблюдаем во время парадоксальной фазы сна с быстрыми движениями глазных яблок, разговорной речью. Родители в данной ситуации, встревоженные бурными проявлениями сна, спешат разбудить и успокоить ребенка, объяснив, что это всего лишь сон. Бетта-ритм мы наблюдаем и при редко встречаемой патологии снохождения (сомнамбулизме), требующего врачебного вмешательства и родительского контроля за ребенком.
У лиц со словесно-логическим, зрительно-логическим типом памяти, медленно входящих в работу, умеющих длительно, без утомления поддерживать сосредоточенность и внимание, на ЭЭГ вычерчивается особый Гамма-ритм с частотой более 30 Гц.
У водителей, летчиков, военных, спасателей, врачей, чей труд нередко связан со значительным эмоциональным напряжением, требующего немедленного принятия решения, регистрируется Тета-ритм с частотой от 4 до 8 Гц.
У спокойно сидящего человека на ЭЭГ регистрируется Дельта-ритм. В первую фазу медленного сна, длящуюся 90-100 минут, биохимическая и электрическая активность близки к бодрствованию, и человек успешно усваивает слуховую информацию. Это позволило студентам, обладающим слуховой памятью, усваивать иностранные языки в более короткие сроки.
В дневное время во время бодрствования Дельта-ритм говорит об опухоли коры головного мозга.
ЭЭГ позволяет следить за активностью различных отделов головного мозга при решении задач, счете в уме, выполнении задач на объем кратковременной памяти, выявлять причины забывчивости или прогрессирующего ухудшения памяти.
1.3 Магнитоэнцефалография (МЭГ)
Другим неинвазивным методом исследования памяти у человека явилась магнитоэнцефалография. МЭГ регистрируют с помощью высокочувствительных к электромагнитным полям датчиков. МЭГ может быть представлена в виде профилей магнитных полей на поверхности черепа, либо в виде кривой линии. МЭГ дополняет информацию об активности мозга, получаемую с помощью ЭЭГ.
Глава 2. Визуальные методы исследования памяти
2.1 Позитронно-эмиссионная томография
В последние годы для исследования памяти стали использовать позитронно-эмиссионную томографию мозга. Пациенту внутривенно вводят один из изотопов: кислород – 15, азот – 13, фтор – 18 или аналог глюкозы – дезоксигмонозу. В мозге изотопы излучают позитроны, которые, сталкиваясь с электронами, приводят к появлению пары протонов. Над головой пациента находится ПЭТ-камера, улавливающая протоны, информация с камеры поступает на компьютер, дающий изображение места болической активности срезов головного мозга. Таким образом, исследователь может послойно получать изображение структур головного мозга, принимающих участие в запоминании и воспроизведении информации.
2.2 Ядерная магнитная резонансная интроскопия (ЯМРИ)
Для исследования процессов запоминания и воспроизведения информации используется ядерная магнитная резонансная интроскопия. Для исследования пациента помещают в цилиндрическую трубу с постоянным магнитным полем, в 30 000 раз превышающим земное. На тело пациента воздействуют радиоволнами, протоны тканей поглощают их энергию. После отключения радиоволн протоны отдают энергию, которая регистрируется, как магнитный резонансный сигнал. После обработки сигнала на ЭВМ появляется изображение, характеризующее активность биохимических процессов, скорость кровотока в тканях. ЯМРИ стала самым мощным визуальным методом исследования в психофизиологии памяти человека.
Впервые было отмечено, что при запоминании изучаемой информации проявляется биохимическая активность в левом полушарии головного мозга, а при вспоминании и воспроизведении информации проявляется биохимическая активность в правом полушарии головного мозга. Когда пациент молча вспоминал об эпизодах собственной жизни, проявлялась активность в передних отделах коры головного мозга. При вспоминании исторических событий, проявлялась активность задних отделов коры головного мозга. Вспоминание зрительных образов приводит к активации затылочных отделов, слуховой информации - к активации височных слуховых областей мозга.
Таким образом, был сделан вывод, что воспоминание реактивирует те области мозга, которые были активны при запоминании. Визуальные методы исследования позволили создать карту активирующихся центров головного мозга при запоминании и воспроизведении информации.
Заключение
Изучение психофизиологии человека, начавшееся в глубокой древности, преодолело большой исследовательский путь. В каждой эпохе с внедрением новых методов исследования приоткрывалась какая-то сторона человеческой памяти. В наш просвещенный XXI век, с внедрением микроэлектродного метода, ЭЭГ, томографии, ЯМРИ, впервые удалось создать карты структур головного мозга, участвующих в процессах памяти. Использование ЯМРИ позволило визуально наблюдать, что процессы запоминания и воспроизведения информации происходят при слуховом типе памяти в височной области, зрительном типе памяти – в затылочных областях мозга, музыкальном и двигательном типе памяти активируются дополнительно теменные зоны, где располагаются осязательные и двигательные зоны памяти.
Психофизиологические методы исследования нашли свое практическое применение в изучении объема кратковременной памяти у дошкольников, с целью определения успешности обучения ребенка в школе, а также обучение иностранным языкам у лиц со слуховым типом памяти со время медленной фазы сна, длящейся 90-100 минут.
Будущему поколению ученых предстоит изучить и использовать для практических целей информацию, записанную на эмоциональной и ментальной оболочках ауры человека.
Источники и литература
1. Александров Ю.И. Психофизиология. Питер, 2007.
2. Бехтерева Н.П. Нейрофизиологические аспекты психической деятельности. Л.: Наука, 1971.
3. Данилова Н.Н. Психофизиология. М.: Аспект-Пресс, 2002.
4. Кузин В.С. Психология. М, 1999.
5. Лурия А.Р. Маленькая книжка о большой памяти. М.: МГУ, 1968.
6. Маклаков А.Г. Общая психология. Питер, 2005.
7. Столяренко Л.Д. Основы психологии. Ростов-на-Дону: «Феникс», 2003.
8. Сергеев Б.Ф. Тайны памяти. М, 1974.
ЦитологияНу-с, разберёмся в каждом понятии.
Центрифугирование - разделение неоднородных систем на
фракции (порции), в зависимости от их плотности. Все это
происходит благодаря центробежной силе. (Разделение
органоидов клетки)
Микроскопирование - это, пожалуй, один из основных методов
изучения микрообъектов.
Хроматография - метод разделения смеси веществ, который
основан на разной скорости движения веществ смеси через
абсорбент в зависимости от их массы. (Разделение
хлорофиллов a и b)
Гетерозис - увеличение жизнеспособности гибридов
вследствие унаследования определённого набора аллелей
различных генов от своих разнородных родителей.
Мониторинг - непрерывный процесс наблюдения и
регистрации параметров объекта, в сравнении с заданными
критериями.
Из всего этого только 4 и 5 не относится к цитологии
Ответ:
Центрифугирование
Использование центрифугирования
Для биохимическогоизучения клеточных
компонентов клетки
необходимо разрушить –
механически, химически
или ультразвуком.
Высвобожденные
компоненты оказываются в
жидкости во взвешенном
состоянии и могут быть
выделены и очищены с
помощью
центрифугирования.Центрифугирование
Хроматография и электрофорез
Хроматография - метод основан на том,что в неподвижной среде, через которую
протекает растворитель, каждый из
компонентов смеси движется со своей
собственной скоростью, независимо от других;
смесь веществ при этом разделяется.
Электрофорез применяется для
разделения частиц, несущих заряды, широко
применяется для выделения и идентификации
аминокислот.
Хроматография
Электрофорез
Основные методы изучения клеток
Использование световогомикроскопа
Использование электронного
микроскопа
МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ГЕНЕТИКИ ЧЕЛОВЕКА
МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯГЕНЕТИКИ ЧЕЛОВЕКАЧеловек - не самый удобный объект для
генетических исследований. Он слишком поздно
созревает для половых отношений, научного
любопытства ради его экспериментально
скрестить нельзя (общественность осудит), он
дает маловато детишек, которых вдобавок нельзя
в последствии посадить в стерильный бокс и
изучать (опять же общественность осудит). Это
вам не горох Менделя. Это и определяет тот набор методов, которым
располагают генетики в отношении человека:
- ГЕНЕАЛОГИЧЕСКИЙ
- БЛИЗНЕЦОВЫЙ
- ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ
- БИОХИМИЧЕСКИЙ
- МОЛЕКУЛЯРНО-БИОЛОГИЧЕСКИЙ
- ПОПУЛЯЦИОННО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ.Близнецы - это дети, родившиеся одновременно
у одной матери. Они бывают монозиготные
(однояйцевые, когда одна зигота разделилась и
дала два эмбриона) и дизиготные (разнояйцевые,
когда отдельно оплодотворяются несколько
яйцеклеток и появляются несколько отдельных
эмбрионов). Монозиготные близнецы
генетически абсолютно одинаковы, а вот
дизиготные так же далеки друг от друга, как
любые другие братья и сестры. Для
близнецового метода нужны и те и другие
близнецы.Если монозиготные близнецы разделены в
детстве (как в "Двое: я и моя тень" или "Ловушка
для родителей"), то их различие укажет на роль
факторов среды в формировании этих различий.
Ведь первоначально их генетический материал
идентичен, а значит это среда жизни повлияла на
экспрессию тех или иных генов. Если мы
сравним частоты проявления признаков в парах
моно- и дизиготных близнецов (живущих вместе
и по отдельности), то поймем роль не только
нашей наследственности, но и среды нашей
жизни.Благодаря этому методу мы узнали, что
существует генетическая
предрасположенность к шизофрении,
эпилепсии и сахарному диабету. Если у двух
отдельно живущих монозиготных близнецов с
возрастом появляется какое-то из этих
заболеваний, значит тут наверняка замешана
наследственность. ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД.
Это разглядывание хромосом под микроскопом. В
норме у каждого из нас 46 хромосом (22 пары аутосом
и 2 половые хромосомы). В микроскоп слишком много
то не увидишь, но можно посчитать хромосомы
(точно ли 46), проверить все ли с ними в порядке (все
ли плечи на месте), окрасить красителями и разложить
по парам. Так у мужчин с синдромом Клайнфельтера
мы найдем лишнюю Х хромосому, у женщин с
синдромом Шершевского-Тернера наоборот - одной Х
хромосомы не будет хватать. При синдроме Дауна
будет не две, а три 21 хромосомы.Но это все касается количества. Бывают и
проблемы с качеством хромосом. У детей с
синдромом кошачьего крика не хватает
одного плеча у пятой хромосомы. С помощью
цитогенетического метода мы сможем
посчитать хромосомы и проверить их
строение. БИОХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД.
Каждый белок в нашем теле кодируется геном в
ДНК. Значит, если мы видим, что какой-то белок
работает неправильно, значит наверняка есть
проблемка с кодирующим его геном.
Биохимический метод позволит через нарушения
в обмене веществ выйти на генетические
проблемы.Наследственный сахарный диабет
выявляется именно так. И еще фенилкетониурия
(видели на жевательных резинках Orbit, Dirol
написано: "Противопоказано для больных
фенилкетонурией: содержит фенилаланин"?).МОЛЕКУЛЯРНО-БИОЛОГИЧЕСКИЙ
МЕТОД.
Слышали про секвенирование ДНК? Этот
метод позволяет определить нуклеотидную
последовательность ДНК и на основании
этого судить о наличии или отсутствии
генетических заболеваний или
предрасположенностей к ним. ПОПУЛЯЦИОННО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД.
Сюда входит изучение частот генов и генотипов, а
также наследственных заболеваний в популяции.
Например в отдельном городе или стране. Т.е. врач
фиксирует сахарный диабет, и вот он уже попадает
сперва в муниципальную, потом в региональную, а
потом во всероссийскую статистику. И мы получаем
цифры, что за 3 года с 2013 по 2015 годы количество
диабетиков в России выросло на 23 % .Теперь мы
можем спланировать, сколько медикаментов нужно
направить в больницы на будущий год.Изучение родословной человека в большом
числе поколений составляет сущность
метода
близнецового
генеалогического
биохимического
цитогенетическогоС помощью какого метода было
установлено наследование дальтонизма у
человека?
гибридологического
генеалогического
близнецового
биохимического
1. Одним из основных методов изучения строения органов, как и на описательном этапе развития анатомии, является препарирование трупа.
2. Метод антропометрии служит для измерения внешних анатомических структур и их взаимоотношений, для выявления индивидуальных особенностей строения человека.
3. Методом инъекции изучаются полости тела, трубчатые структуры - сосуды, бронхи, мочевыводящие пути, кишечник и другие – путем заполнения их окрашенной массой.
4. Метод коррозии – расплавление тканей вокруг предварительно заполненных затвердевающей массой полых органов кислотой или щелочью.
5. Метод просветления тканей органов – создание прозрачной среды вокруг изучаемой предварительно окрашенной структуры путем пропитывания специальной жидкостью.
6. Метод микроскопической анатомии – изучение сравнительно мелких структур оптическими приборами с небольшим увеличением.
7. Рентгенологические методы: рентгеноскопия – осмотр структур под рентгеновскими лучами, рентгенография – фиксирование структур на рентгеновской пленке для изучения формы органов и их функциональных особенностей у живого человека. Применимы также для исследования трупного материала компьютерная томография – послойное изучение тканей органа.
8. Метод просвечивания отраженными лучами позволяет изучать мелкие структуры, лежащие близко от поверхности органа.
9. Эндоскопия – осмотр у живого человека поверхности слизистых оболочек, окраску и рельеф многих внутренних органов после введения внутрь специальных оптических приборов.
10. Экспериментальный метод на животных – для уточнения функции органа и изучения его перестроек при разных внешних воздействиях.
11. Математический метод – для вычисления разных количественных показателей в соотношениях анатомических структур и для получения усредненных данных.
12. Метод иллюстрирования – создание графических схем разных сложных структур путем синтеза отдельных деталей их строения.
13. Метод ультразвукового сканирования используется в основном у живого человека для выявления изменений формы и строения внутренних органов.
14.Электромагнитное сканирование (ядерно-магнитный резонанс) – детальное изучение структур органов живого человека, основанное на разной интенсивности магнитных полей.
Эти методы в анатомических исследованиях часто применяются комбинированно. Например, инъекция сосудов контрастной массой, затем их рентгенография, препарирование, морфометрия, математическая обработка и т.д.
Структурная организация человеческого организма
Одним из основных понятий анатомии является морфологическая структура или форма, которая представляет собой организацию морфологического субстрата в пространстве и имеет определенную функцию. Как не может быть функции без структуры, так и морфологической структуры без функции.
С морфологических позиций можно выделить следующие уровни организации строения тела человека:
1) организменный (организм человека – как единое целое);
2) системоорганный (системы органов);
3) органный (органы);
4) тканевой (ткани);
5) клеточный (клетки);
6) субклеточный (клеточные органеллы и корпускулярно-фибриллярно-мем-бранные структуры).
Следует отметить, что в представленной иерархической схеме структурной организации тела человека прослеживается четкая соподчиненность. Организменный, системоорганный и органный уровни строения тела человека являются анатомическими объектами исследования. Тканевой, клеточный и субмикроскопический – объектами гистологических, цитологических и ультраструктурных исследований.
Изучение структурной организации тела человека целесообразно начинать с простейшего морфологического уровня – клеточного, основным элементом которого является клетка. Тело взрослого человека состоит из огромного количества клеток (примерно 10 12-14). Только в центральной нервной системе их насчитывается свыше 14 млрд.
Клетка – основная элементарная структурная единица организма. Ткань – исторически сложившаяся система организма, которая состоит из клеток определенного общего строения и функции и связанного с ними промежуточного вещества.
Ткани в организме не существуют изолированно. Они участвуют в построении органов.
Орган (от organon – орудие) это часть тела, которая является относительно целостным образованием, занимает определенное положение, и имеет определенную форму, строение, функцию. Орган имеет определенные взаимоотношения с другими частями тела и построен из нескольких тканей, из которых, однако, одна или две преобладают, чем и определяется специфическая функция того или другого органа. Например, главной рабочей тканью печени является эпителиальная, она построена, в основном, из печеночного эпителия, который составляет паренхиму печени. Между дольками печени имеются прослойки соединительной ткани, образующих вместе с капсулой строму этого органа. В печени имеется широко разветвленная сеть кровеносных сосудов и выносящих желчь желчных путей, в строении стенок которых участвует гладкая мышечная ткань. В ворота печени вступают вегетативные нервы, которые сопровождают кровеносные сосуды. Таким образом, в строении печени участвуют все основные типы тканей. Печень занимает определенное место – правое подреберье и надчревную область брюшной полости, имеет определенную форму, строение и выполняет определенные функции. В процессе онтогенеза число органов меняется, ряд органов существует только во внутриутробном периоде развития и отсутствует на более поздних стадиях развития, например, жаберные дуги, клоака, плацента с пуповиной и т.д.
У животных и у человека многие органы функционально дополняют друг друга. Такие совокупности органов составляют системы органов и аппараты.
Система органов – этo совокупность органов анатомически и топографически связанных друг с другом, имеющих сходное строение, общее происхождение в фило- и онтогенезе и выполняющих общую функцию. Например, пищеварительная система, состоящая из многих органов, развившихся из всех отделов первичной кишки, в организме осуществляет функцию пищеварения в целом и обеспечение его питательными веществами.
В отличие от систем органов, имеются группы органов, которые не имеют одинакового строения и общих источников развития, но выполняют одну функцию. Они называются аппаратом. В аппарате для выполнения сложного акта объединяются органы нескольких систем. Например, аппарат движения объединяет костную систему, соединения костей, мышечную систему. Голосовой аппарат – хрящи, связки, мышцы, полости гортани, ротовая и носовая полость.
Все органы человека можно разделить на органы вегетативной и анимальной, то есть растительной и животной жизни. К первым относятся пищеварительная, дыхательная, мочеполовая, сердечно-сосудистая и эндокринная системы, так как они обеспечивают функции организма, присущие любому биологическому объекту, в том числе и растениям. В то время как опорно-двигательный аппарат, органы чувств и нервная система имеются только у животных. Органы животной жизни называются «сомой», внутри которой расположены грудная и брюшная полости, в которых находятся внутренности. Отдельно не может существовать ни одна система органов, так как они вместе, взаимно дополняя и обслуживая друг друга, представляют собой качественно новое структурно-функциональное единое целое – организм. При этом в организме постоянно осуществляется регуляция работы отдельных органов и систем при помощи нервной и эндокринной систем, которые совместно осуществляют нервно-гуморальную регуляцию.
Организм состоит из целого ряда структур разного уровня: от субклеточных до организма как единого целого. Наука о строении организма на разных уровнях организации составляющих его структур в связи с их функциями и развитием называется морфологией (от греч. morphos – форма). Этот термин ввел в естесствознание в конце XVIII века великий немецкий поэт Гете. Анатомия – более узкое понятие, так как в отличие от гистологии, эмбриологии и патологии является разделом морфологии, который изучает, в основном, видимые невооруженным глазом, то есть макроскопические объекты. К морфологии относится и упоминавшаяся выше патологическая анатомия.
Методика - совокупность манипуляций, выполнение которых обеспечивает получение необходимых результатов в соответствии с поставленной задачей.
Аналитико-синтетический метод исследования — способ изучения функционирования организма целостно, в единстве и взаимосвязи всех его составляющих.
Методы исследования в физиологии
Для изучения различных процессов и функций живого организма в используются методы наблюдения и эксперимента.
Наблюдение - метод получения информации путем непосредственной, как правило, визуальной регистрации физиологических явлений и процессов, происходящих в определенных условиях.
Эксперимент — метод получения новой информации о причинно-следственных отношениях между явлениями и процессами в контролируемых и управляемых условиях. Острым называется эксперимент, реализуемый относительно кратковременно. Хроническим называется эксперимент, протекающий длительно (дни, недели, месяцы, годы).
Метод наблюдения
Сущность этого метода заключается в оценке проявления определенного физиологического процесса, функции органа или ткани в естественных условиях. Это самый первый метод, который зародился еще в Древней Греции. В Египте при мумицифировании трупы вскрывали и жрецы анализировали состояние различных органов в связи с ранее зафиксированными данными о частоте пульса, количестве и качестве мочи и другими показателями у наблюдаемых ими людей.
В настоящее время ученые, проводя исследования методом наблюдений, используют в своем арсенале ряд простых и сложных приборов (наложение фистул, вживление электродов), что позволяет надежнее определить механизм функционирования органов и тканей. Например, наблюдая за деятельностью слюнной железы, можно установить, какой объем слюны выделяется за определенный период суток, ее цвет, густоту и т.д.
Однако наблюдение явления не дает ответа на вопрос, каким образом осуществляются тот или иной физиологический процесс или функция.
Более широко наблюдательный метод применяют в зоопсихологии и этологии.
Экспериментальный метод
Физиологический эксперимент — это целенаправленное вмешательство в организм животного с целью выяснить влияние разных факторов на отдельные его функции. Такое вмешательство иногда требует хирургической подготовки животного, которая может носить острую (вивисекция) или хроническую (экспериментально-хирургическая) форму. Поэтому эксперименты подразделяются на два вида: острый (вивисекция) и хронический.
Экспериментальный метод, в отличие от метода наблюдения, позволяет выяснить причину осуществления какого-то процесса или функции.
Вивисекцию проводили на ранних этапах развития физиологии на обездвиженных животных без применения наркоза. Но начиная с XIX в. в остром эксперименте стали использовать общую анестезию.
Острый эксперимент имеет свои достоинства и недостатки. К достоинствам относится возможность моделировать разные ситуации и получать результаты в относительно короткий срок. К недостаткам относится то, что в остром эксперименте исключается влияние центральной нервной системы на организм при применении общей анестезии и нарушается целостность реагирования организма на разные воздействия. Кроме того, часто животных после острого эксперимента приходится усыплять.
Поэтому позднее были разработаны методы хронического эксперимента , при котором проводят длительное наблюдение за животными после оперативного вмешательства и выздоровления животного.
Академиком И.П. Павловым был разработан метод наложения фистул на полые органы (желудок, кишечник, мочевой пузырь). Использование фистульной методики позволило выяснить механизмы функционирования очень многих органов. В стерильных условиях анестезированному животному выполняют хирургическую операцию, позволяющую получить доступ к определенному внутреннему органу, вживляют фистульную трубку или выводят наружу и подшивают к коже проток железы. Непосредственно опыт начинают после заживления послеоперационной раны и выздоровления животного, когда физиологические процессы приходят в норму. Благодаря этой методике стало возможным длительно изучать картину физиологических процессов в естественных условиях.
Метод эксперимента, как и метод наблюдения, предусматривает использование простой и сложной современной аппаратуры, приборов, входящих в системы, предназначенные для воздействия на объект и регистрации различных проявлений жизнедеятельности.
Изобретение кимографа и разработка метода графической регистрации артериального давления немецким ученым К. Людвигом в 1847 г. открыло новый этап в развитии физиологии. Кимограф позволил осуществлять объективную запись изучаемого процесса.
Позднее были разработаны методы регистрации сокращения сердца и мышц (Т. Энгельман) и методика регистрации изменения сосудистого тонуса (плетизмография).
Объективная графическая регистрация биоэлектрических явлений стала возможной благодаря струнному гальванометру, изобретенному голландским физиологом Эйнтховеном. Ему впервые удалось записать на фотопленке электрокардиограмму. Графическая регистрация биоэлектрических потенциалов послужила основой развития электрофизиологии. В настоящее время электроэнцефалографию широко используют в практике и научных исследованиях.
Важным этапом в развитии электрофизиологии явилось изобретение микроэлектродов. При помощи микроманипуляторов их можно вводить непосредственно в клетку и регистрировать биоэлектрические потенциалы. Микроэлектродная техника позволила расшифровать механизмы генерации биопотенциалов в мембранах клетки.
Немецкий физиолог Дюбуа-Реймон является основоположником метода электрического раздражения органов и тканей с помощью индукционной катушки для дозированного электрического раздражения живых тканей. В настоящее время для этого используют электронные стимуляторы, позволяющие получить электрические импульсы любой частоты и силы. Электростимуляция стала важным методом исследования функций органов и тканей.
К экспериментальным методам относится множество физиологических методов.
Удаление (экстирпация) органа, например определенной железы внутренней секреции, позволяет выяснить ее влияние на различные органы и системы животного. Удаление различных участков коры головного мозга позволило ученым выяснить их влияние на организм.
Современные успехи физиологии были обусловлены использованием радиоэлектронной техники.
Вживление электродов в различные участки мозга помогло установить активность различных нервных центров.
Введение радиоактивных изотопов в организм позволяет ученым изучать метаболизм разных веществ в органах и тканях.
Томографический метод с использованием ядерного магнитного резонанса имеет очень важное значение для выяснения механизмов физиологических процессов на молекулярном уровне.
Биохимические и биофизические методы помогают с высокой точностью выявлять различные метаболиты в органах и тканях у животных в состоянии нормы и при патологии.
Знание количественных характеристик различных физиологических процессов и взаимоотношений между ними позволило создать их математические модели. С помощью этих моделей физиологические процессы воспроизводят на компьютере и исследуют различные варианты реакций.
Основные методы физиологических исследований
Физиология является экспериментальной наукой, т.е. все ее теоретические положения основываются на результатах выполнения опытов и наблюдений.
Наблюдение
Наблюдение применялось с первых шагов развития физиологической науки. Проводя наблюдение, исследователи дают описательный отчет о его результатах. При этом объект наблюдения обычно находится в естественных условиях без специальных воздействий на него исследователя. Недостатком простого наблюдения является невозможность или большая сложность получения количественных показателей и восприятия быстропротекающих процессов. Так, в начале XVII в. В. Гарвей после наблюдений за работой сердца у мелких животных писал: «Скорость сердечного движения не позволяет различать, как происходит систола и диастола, и поэтому нельзя узнать, в какой момент и в которой части совершается расширение и сжатие».
Опыт
Большие возможности, чем простое наблюдение, в изучении физиологических процессов даст постановка опытов. При выполнении физиологического опыта исследователь искусственно создаст условия для выявления сущности и закономерностей течения физиологических процессов. К живому объекту могут применяться дозированные физические и химические воздействия, введение различных веществ в кровь или органы и регистрация ответной реакции на воздействия.
Опыты в физиологии подразделяют на острые и хронические. Воздействия на экспериментальных животных в острых опытах могут быть несовместимы с сохранением жизни животных, например действие больших доз облучения, токсических веществ, кровопотери, искусственная остановка сердца, остановка кровотока. У животных могут удаляться отдельные органы для изучения их физиологических функций или возможности пересадки другим животным. Для сохранения жизнеспособности удаленные (изолированные) органы помещают в охлажденные солевые растворы, близкие но составу или хотя бы по содержанию важнейших минеральных веществ в плазме крови. Такие растворы называют физиологическими. Среди простейших физиологических растворов — изотопический 0,9% раствор NaCl.
Постановка опытов с использованием изолированных органов была особенно популярна в период XV — начала XX в., когда шло накопление знаний о функциях органов и отдельных их структур. Для постановки физиологического эксперимента наиболее удобно применение изолированных органов холоднокровных животных, длительно сохраняющих свои функции. Так, изолированное сердце лягушки в условиях промывания его солевым раствором Рингера может сокращаться при комнатной температуре многие часы и отвечать на различные воздействия изменением характера сокращения. Из-за легкости приготовления и важности получаемой информации такие изолированные органы используют не только в физиологии, но и в фармакологии, токсикологии и других областях медицинской науки. Например, препарат изолированного сердца лягушки (по методу Штрауба) используется как стандартизированный объект для тестирования биологической активности при серийном производстве некоторых лекарств и разработке новых лекарственных средств.
Однако возможности острого опыта ограничены не только из-за этических моментов, связанных с тем, что животные во время опыта подвергаются болевым воздействиям и погибают, но и с тем, что исследование часто ведется при нарушении системных механизмов, регулирующих протекание физиологических функций, или в искусственных условиях — вне целостного организма.
Хронический опыт лишен ряда перечисленных недостатков. В хроническом опыте исследование проводится на практически здоровом животном в условиях оказания на него минимальных воздействий и при сохранении его жизни. Перед исследованием на животном могут проводиться операции по подготовке его к опыту (вживляться электроды, формироваться фистулы для доступа в полости и протоки органов). Постановка опытов на таких животных начинается после заживления раневой поверхности и восстановления нарушенных функций.
Важным событием в развитии физиологических методов исследования было введение графической регистрации наблюдаемых явлений. Немецкий ученый К. Людвиг изобрел кимограф и впервые зарегистрировал в остром опыте колебания (волны) артериального кровяного давления. Вслед за этим были разработаны методы регистраций физиологических процессов с использованием механических передач (рычажки Энгельмана), воздушных передач (капсула Марея), методы регистрации кровенаполнения органов и их объема (плетизмограф Моссо). Получаемые при таких регистрациях кривые обычно называют кимограммами.
Физиологами были изобретены методы сбора слюны (капсулы Лешли — Красногорского), позволившие изучить ее состав, динамику образования и секреции, а в последующем — роль в поддержании здоровья тканей ротовой полости и развитии заболеваний. Разработанные методы измерения силы давления зубов и се распределения на отдельных участках зубной поверхности позволили проводить количественное определение силы жевательных мышц, характер прилегания жевательной поверхности зубов верхней и нижней челюстей.
Более широкие возможности в изучении физиологических функций организма человека и животных появились после открытия итальянским физиологом Л. Гальвани электрических токов в живых тканях.
Регистрация электрических потенциалов нервных клеток, их отростков, отдельных структур или целого головного мозга позволила физиологам понять некоторые механизмы функционирования нервной системы здорового человека и их нарушений при неврологических заболеваниях. Эти методы остаются одними из наиболее распространенных при изучении функций нервной системы в современных физиологических лабораториях и клиниках.
Запись электрических потенциалов сердечной мышцы (электрокардиография) позволила физиологам и клиницистам не только понять и глубоко изучить электрические явления в сердце, но и применить их на практике для оценки работы сердца, раннего выявления ее нарушений при заболеваниях сердца и контроля эффективности проводимого лечения.
Регистрация электрических потенциалов скелетной мускулатуры (электромиография) позволила физиологам изучить многие стороны механизмов возбуждения и сокращения мышц. В частности, электромиография жевательных мышц помогает стоматологам объективно оценить состояние их функции у здорового человека и при ряде нервно-мышечных заболеваний.
Нанесение умеренных по силе и продолжительности внешних электрических или электромагнитных воздействий (стимулов) на нервную и мышечную ткани не вызывает повреждения исследуемых структур. Это позволяет успешно использовать их не только для оценки физиологических ответных реакций на воздействия, но и для лечения (электростимуляция мышц и нервов, транскраниальная магнитная стимуляция мозга).
На основе достижений физики, химии, микроэлектроники, кибернетики в конце XX в. создались условия для качественного усовершенствования методов физиологических и медицинских исследований. Среди этих современных методов, позволивших еще глубже проникнуть в суть физиологических процессов живого организма, оценить состояние его функций и выявить их изменения на ранних этапах заболеваний, выделяются визуализационные методы исследования. Это ультразвуковое зондирование сердца и других органов, рентгеновская компьютерная томография, визуализация распределения в тканях короткоживущих изотопов, магниторезонансная, позитронно-эмиссионная и другие виды томографии.
Для успешного использования методов физиологии в медицине были сформулированы международные требования, которые должны были выполняться при разработке и внедрении методов физиологического исследования в практику. Среди этих требований важнейшими являются:
- безопасность исследования, отсутствие травматизации и повреждений исследуемого объекта;
- высокая чувствительность, быстродействие датчиков и регистрирующих устройств, возможность синхронной регистрации нескольких показателей физиологических функций;
- возможность длительной регистрации исследуемых показателей. Это позволяет выявлять цикличность течения физиологических процессов, определять параметры циркадианных (околосуточных) ритмов, выявлять наличие пароксизмальных (эпизодических) нарушений процессов;
- соответствие международным стандартам;
- малые габариты и вес приборов позволяют проводить исследования не только в стационаре, но и в домашних условиях, при выполнении работы или занятиях спортом;
- использование компьютерной техники и достижений кибернетики для регистрации и анализа получаемых данных, а также для моделирования физиологических процессов. При использовании компьютерной техники резко сокращаются временные затраты на регистрацию данных, их математическую обработку, появляется возможность выделить больше информации из получаемых сигналов.
Однако несмотря на ряд достоинств современных методов физиологического исследования, корректность определения показателей физиологических функций во многом зависит от качества образования медицинского персонала, от знания сущности физиологических процессов, особенностей датчиков и принципов работы используемых приборов, умения работать с больным, давать ему инструкции, следить за ходом их выполнения и корректировать действия пациента.
Результаты разовых измерений или динамических наблюдений, выполненных разными медицинскими работниками у одного и того же пациента, не всегда совпадают. Поэтому сохраняется проблема повышения надежности диагностических процедур, качества исследований.
Качество исследования характеризуется точностью, правильностью, сходимостью и воспроизводимостью измерений.
Определяемая при исследовании количественная характеристика физиологического показателя зависит как от истинной величины параметра этого показателя, так и ряда погрешностей, вносимых прибором и медперсоналом. Эти ошибки называют аналитической вариабельностью. Обычно требуется, чтобы аналитическая вариабельность не превышала 10% от измеряемой величины. Поскольку истинное значение показателя у одного и того же человека может меняться в связи с биологическими ритмами, погодными условиями и другими факторами, то для обозначения таких изменении введен термин внутри индивидуальные вариации. Различие одного и того же показателя у разных людей называют межиндивидуальными вариациями. Совокупность всех ошибок и колебаний параметра называют суммарной вариабельностью.
Функциональная проба
Важная роль в получении информации о состоянии и степени нарушения физиологических функций принадлежит так называемым функциональным пробам. Вместо термина "функциональная проба" часто применяется "тест". Выполнение функциональных проб — тестирование. Однако в клинической практике термин "тест" применяется чаще и в несколько более расширеннном смысле, чем "функциональная проба".
Функциональная проба предполагает исследование физиологических показателей в динамике, до и после выполнения определенных воздействий на организм или произвольных действий испытуемого. Наиболее часто используются функциональные пробы с дозированной физической нагрузкой. Выполняются также пробы входными воздействиями, в которых выявляются изменения положения тела в пространстве, натужи- вание, изменение газового состава вдыхаемого воздуха, введение медикаментозных препаратов, прогревание, охлаждение, питье определенной дозы щелочного раствора и многие другие показатели.
К числу наиболее важных требований, предъявляемых к функциональным пробам, относятся надежность и валидность.
Надежность - возможность выполнения теста с удовлетворительной точностью специалистом средней квалификации. Высокая надежность присуща достаточно простым тестам, на выполнение которых мало влияет окружающая среда. Наиболее надежные тесты, отражающие состояние или величину резервов физиологической функции, признают эталонными, стандартными или референтными.
Понятие валидность отражает соответствие теста или метода своему назначению. Если вводится новый тест, то его валидность оценивается путем сопоставления результатов, получаемых с помощью этого теста, с результатами ранее признанных, референтных тестов. Если нововведенный тест позволяет в большем числе случаев найти правильные ответы на поставленные при тестировании вопросы, то этот тест обладает высокой валидностью.
Применение функциональных проб резко увеличивает диагностические возможности лишь в случае корректного выполнения этих проб. Их адекватный подбор, выполнение и трактовка требуют от медицинских работников обширных теоретических знаний и достаточного опыта выполнения практических работ.
Большинство известных на сегодня методов диагностических исследований, лабораторных и инструментальных, создано для изучения структурных изменений органов человека. Широко используются различные виды осмотра пациента, микроскопы, биохимические анализы, различные варианты рентгенологических исследований, в том числе с рентгеноконтрастными веществами, различные модификации аппаратов компьютерной или магнитнорезонансной томографии, ультразвукового исследования, волоконнооптических инструментов, катетеров, приборов для анализа электрической активности органов (сердце, мозг) и т.д. Однако даже самое современное и очень дорогое оборудование позволяет лишь по отдельности изучать различные физиологические системы человека и входящие в них органы.
В настоящее время в медицине используется пять наиболее информативных визуальных (позволяющих получить изображение органов и тканей) метода исследования пациентов.
Рентгеновские снимки (радиография). В любых модификациях данного метода применяются рентгеновские лучи. В основном этот метод позволяет видеть составные части скелета человека.
УЗИ. При ультразвуковом исследовании испускаемые пьезокристаллом и отражаемые тканями органов звуковые волны записываются для последующего построения послойных изображений. Метод имеет ограниченную разрешающую способность и низкое качество изображения. Тем не менее, он относительно безопасен, практичен и дешев, поэтому он весьма часто используется для диагностики.
При компьютерной томографии в рентгеновских лучах (метод КТ) изображения сечений объекта получают путем вычислений на основе рентгеновских снимков, выполненных во многих направлениях. Метод позволяет воссоздать анатомические изображения с высоким уровнем пространственного разрешения и в любой выбранной плоскости.
Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР, или МР), или магнитно-резонансная томография (МРТ). Объект исследований помещают в центр мощного магнита, который служит для выравнивания магнитных диполей различных ядер в элементах человеческого тела. Это равновесие нарушается при помощи радиочастотных импульсов. Скорости, с которыми различные атомы и молекулы возвращаются в исходное, стабильное состояние, измеряются с помощью специальных приборов. Это позволяет отображать не только плотность тканей, но и их биохимические показатели.
На нескольких установках с использованием КТ и МР достигнута разрешающая способность менее одного миллиметра.
Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) - один из самых новых методов диагностики функционирования органов и тканей в организме человека или животных методами ядерной физики.
Напомним некоторые понятия из школьного курса физики. Радиоактивный распад или радиоактивность - самопроизвольное изменение состава или структуры атомных ядер путем излучения гамма-квантов или элементарных частиц. Радиоактивными называют любые вещества, которые содержат радиоактивные ядра.
Метод ПЭТ основан на хорошо известном в ядерной физике явлении позитронного бета-распада. Суть данного явления можно объяснить следующим образом. В организм человека вводят радиофармпрепарат (РФП), представляющий собой биологически активное соединение, меченное позитрон-излучающим радиоактивным веществом. Далее радиофармпрепарат с потоками крови и лимфы разносится по всему организму. При радиоактивном распаде в тканях живого организма образуются позитроны - античастицы электрона. При взаимодействии позитрона с электроном происходит аннигиляция (уничтожение) двух материальных частиц и образуются два гамма-кванта (фотона) электромагнитного поля (две волны). Поэтому метод ПЭТ можно называть и двухфотонной эмиссионной томографией. Далее с помощью специального детектирующего оборудования фиксируются излучаемые при радиоактивном распаде гамма-кванты.
Таким образом, ПЭТ - метод трехмерного исследования организма, основанный на способности радиофармпрепаратов накапливаться в тканях, обладающих высокой биологической активностью, например, опухолях, головном мозге, сердце и т.д. Очевидно, что, несмотря на достаточно высокую информативность, данный метод обладает рядом серьезных и опасных побочных эффектов.
Указанные методы являются наиболее информативными из всех существующих, если у пациента уже имеются поражения тканей или органов, но ни один из этих методов не поможет оценить, как в действительности функционируют органы. Способы определения того, как реально функционируют органы или системы человека, мы будем в дальнейшем называть функциональной диагностикой.
К средствам функциональной диагностики можно отнести различные модификации прибора доктора Фолля (основанного на методах восточной медицины). При этом измеряются микроамперные токи, протекающие по определенным каналам в теле человека. Какие-то величины токов считаются нормальными, а отклонения от этих величин в ту или иную сторону трактуются как нарушения в функционировании органов или физиологических систем в организме человека. Однако из-за невысокой повторяемости результатов измерений и определенной субъективности в трактовке полученных результатов метод не очень информативен.
Внимание!
Ни одно исследование не является абсолютно точным. Степень достоверности полученных результатов тем выше, чем хуже состояние больного.
Иногда у здорового человека обнаруживают отклонения от нормы (ложноположительный результат), а у больного их выявить не удается (ложноотрицательный результат). Чем чувствительней и дороже аппаратура, тем больше вероятность, что она может указывать на наличие заболеваний, которых в действительности нет. Чтобы избежать ошибок или хотя бы снизить их вероятность, при обследовании необходимо использовать несколько принципиально различных методик.
Внимание!
Современная медицина не имеет ни одного способа приборной диагностики заболеваний человека, не воздействующего на организм (часто диагностика приносит вред здоровью).
Внимание!
Все существующие методы диагностики человека позволяют только фиксировать факт наличия заболевания, а причины возникновения большинства заболеваний человека современной науке неизвестны.
Как правило, все новые разработки диагностического оборудования направлены на повышение чувствительности (разрешения) имеющихся приборов и совершенствование уже существующих методов исследования. Принципиально новых и безопасных методов диагностики и изучения человека пока у современной медицины нет.