Experiment:

Základní informace

Většina našich fyziologických experimentů se zabývala dobrovolnou nervovou soustavou (Neuromuskulární neurověda) nebo vnímáním (Senzorická neurověda), ale zde budeme hovořit o „nedobrovolné“ části nervové soustavy, autonomní nervové soustavě. Autonomní nervový systém řídí věci, které si uvědomujeme i neuvědomujeme, ale obecně je nemáme příliš pod kontrolou – trávení, homeostázu, pocení, krevní tlak, srdeční tep a mnoho dalších. Tradičně se dělí na dva systémy, sympatickou divizi (která aktivuje zkomolenou reakci „bojuj nebo uteč“) a parasympatickou divizi (která aktivuje rovněž zkomolenou reakci „odpočívej a tráv“).

Měřením srdeční frekvence můžeme studovat účinky aktivace sympatiku. V našem předchozím pokusu se srdcem jsme pozorovali elektrické impulsy srdce a zvýšení srdeční frekvence během cvičení. Půjdeme trochu hlouběji do fyziologie srdeční frekvence a pokusíme se konkrétně aktivovat reakci sympatického nervového systému „bojuj nebo uteč“. Co se děje při „boji nebo útěku“? Jak si jistě dokážete představit, pokud čelíte hrozbě, řekněme velkému stínu pohybujícímu se v noci, zvýší se tepová frekvence, začne se potit, zvýší se dýchání, potlačí se trávení, rozšíří se oči a mnoho dalších věcí.

Alternativně parasympatikus aktivuje reakci „odpočinek a trávení“, která provádí opak všech výše uvedených věcí (sníží se tepová frekvence, aktivuje se trávení, zvýší se slinění atd.). Mnoho z těchto reakcí v sympatickém i parasympatickém systému je řízeno hormony, které si lze užitečně představit jako „neurotransmitery“, které však vstupují do krevního oběhu místo do synaptické štěrbiny, aby našly svůj cíl, a místo reakční doby 1 ms v mozku mají hormony reakční dobu v řádu sekund až minut na více struktur v těle.

Příklad při aktivaci sympatického nervového systému uvolňuje hypofýza, která se anatomicky odděluje od hypotalamu v mozku, do krevního oběhu adrenokortikotropní hormon (ACTH), zvyšuje hladinu kortizolu a způsobuje různé fyziologické změny včetně zvýšení srdeční frekvence. Současně nadledvina, nervové ganglion umístěné na ledvinách, uvolňuje noradrenalin a má podobný účinek na srdce.

Pro aktivaci sympatického nervového systému použijeme známý podnět „ledová voda“. Ten se často používá ve studiích bolesti, protože ho lidé snášejí, každý už někdy zažil studené ruce, není děsivý a nemá za následek psychickou újmu a je to dobrý modelový podnět, který se snadno replikuje v laboratořích po celém světě. Čím déle držíte ruku v ledové vodě, tím je bolestivější, čímž se aktivuje sympatický nervový systém, což vede ke zvýšení srdeční frekvence.

Nyní se o tom přesvědčíme na vlastní kůži!

Ke stažení

Než začnete, ujistěte se, že máte v počítači nainstalovaný program Backyard Brains Spike Recorder. Program Backyard Brains Spike Recorder umožňuje vizualizaci a ukládání dat v počítači při provádění experimentů. Sestavili jsme také jednoduchou laboratorní pomůcku, která vám pomůže s tabelováním dat.

Video

Tiskové materiály

Pokud hledáte PDF, které si můžete vytisknout a počmárat, nebo google doc, který můžete upravovat, podívejte se na toto úložiště tiskových materiálů zde!

Postup

Pokus s ledovou vodou na měření srdeční frekvence

  • Naplňte hrnec na těstoviny nebo velký kbelík do 3/4 ledem.
  • Přidejte studenou vodu. Všimněte si, že vyrábíte ledovou vodu, nikoliv vodu s ledem. Ledová voda zajistí, že směs bude vždy v rovnováze při teplotě 32° F (0° C).
  • Umístěte nálepky s elektrodami na horní část předloktí a jednu na hřbet ruky.
  • Propojte červené aligátorové svorky oranžového kabelu s elektrodami na horní části předloktí a zemnicí aligátorovou svorku se zemnicí elektrodou na hřbetu ruky.
  • Připojte oranžový kabel k přístroji Heart and Brain SpikerShield a připojte přístroj Heart and Brain SpikerShield k počítači přes USB.
  • Nastavte software SpikeRecorder tak, aby začal zaznamenávat srdeční frekvenci. To provedete připojením zařízení Heart and Brain SpikerShield k počítači přes port USB, zapnutím vrubového filtru šumu elektrického vedení 60 Hz (USA) nebo 50 Hz (Evropa, Jižní Amerika) v závislosti na zemi, ve které žijete, a obecných pásmových filtrů od 1 do 100 Hz. Přejděte do prahového režimu, klikněte na ikonu srdce a pohybujte prahem, dokud nebudete moci izolovat a vypočítat srdeční frekvenci.
  • Poznámka: Pokud se elektrokardiogram jeví divně (vzhůru nohama), vyměňte dvě červené aligátorové svorky na opačných předloktích.
  • Stiskněte tlačítko záznamu, zapište si srdeční frekvenci přítele, od kterého pořizujete záznam, a pak…
  • Požádejte přítele, aby vložil ruku do ledové vody, ale horní část předloktí nechte odkrytou, aby elektrody nebyly ponořené.
  • Počkejte, až váš přítel oznámí, že podnět začne být natolik bolestivý, že ho „sotva snese“.
  • Zapište si jeho srdeční frekvenci.
  • Opakujte několikrát, abyste získali průměr (viz leták).
  • Pokud zopakujete dostatečný počet pozorování, můžete provést statistické testování hypotéz. Varianta- Potápěčská reakce

    Zatímco jsme připraveni na tento experiment, zkoumáme také další vliv na srdeční frekvenci, tzv. potápěčský reflex. Když se lachtan nebo jiný mořský savec potápí, jeho tepová frekvence se sníží a žíly a tepny v periferních tkáních a končetinách se stáhnou. Tím se omezí průtok krve do orgánů, které nesouvisí s potápěním, sníží se spotřeba kyslíku v srdci a zachová se průtok krve do mozku.

    Ale věděli jste, že tato reakce existuje u všech savců, včetně vás? Když se studená voda dotkne vašeho obličeje a vy zadržíte dech, můžeme pozorovat „potápěčský reflex“ jako snížení srdeční frekvence. Můžeme provést variace, abychom oddělili účinky kontaktu vody s obličejem od pouhého zadržení dechu.

    Experiment s reakcí srdce při potápění

    Poznámka: Při provádění tohoto experimentu ve třídě se doporučuje dohled instruktora

  • Vylijte ledovou vodu z výše uvedeného hrnce a nahraďte ji snesitelnější studenou/chladnou vodou.
  • Zaznamenejte klidovou srdeční frekvenci.
  • Nechte subjekt zadržet dech a ponořit obličej pod vodu na tak dlouho, jak je to pro subjekt pohodlné.
  • Pozorujte srdeční frekvenci. Snižuje se a pak se zvyšuje, když subjekt vyndá hlavu z vany s vodou a začne znovu dýchat?
  • Nyní nechte subjekt použít šnorchl.
  • Opakujte pokusy, ale nechte subjekt držet obličej pod vodou, ale dýchat přes šnorchl.
  • Mění se tepová frekvence stejným způsobem, jako když subjekt zadržoval dech pod vodou?
  • Nakonec změřte tepovou frekvenci a požádejte subjekt, aby místo ponoření obličeje pod vodu pouze zadržoval dech. Měli byste si všimnout, že tepová frekvence klesá a po návratu k normálnímu dýchání opět krátce stoupá. Bylo to více nebo méně dramatické, než když byl obličej ponořen pod vodu?“
  • Poznámky

  • Děkujeme našemu kolegovi z oblasti fyziologie cvičení a svalů, docentu Brianu L. Tracymu, že nám tento experiment popsal během konference Society for Neuroscience 2016.
  • Slovo „autonomní“, což znamená nedobrovolný, souvisí se slovem „autonomní“, což znamená nezávislý.

    Nápady na vědecké projekty

    Vzhledem k tomu, že tyto experimenty lze poměrně snadno a rychle provést, můžete v rodině nebo ve škole rychle vytvořit velký soubor dat. Existují rozdíly mezi sportovci a lidmi s normální nebo nízkou úrovní zdatnosti? Existují rozdíly ve věku, rozdíly mezi studenty a studentkami atd. Šťastnou statistiku!“

    Dříve jsme studovali vliv cvičení na srdeční frekvenci. Proč by tato stresová reakce způsobená ledem zvyšovala nebo nezvyšovala srdeční frekvenci jinými fyziologickými mechanismy než cvičení?“

  • .

    Napsat komentář

    Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.