Kísérlet:

Háttér

A legtöbb emberi élettani kísérletünk az akaratlagos idegrendszerrel (Neuromuszkuláris idegtudomány) vagy az érzékeléssel (Érzékszervi idegtudomány) foglalkozott; itt azonban az idegrendszer “akaratlan” részéről, a vegetatív idegrendszerről lesz szó. A vegetatív idegrendszer olyan dolgokat irányít, amelyeknek tudatában és tudatában is vagyunk, de általában nem sok kontrollunk van felettük – emésztés, homeosztázis, izzadás, vérnyomás, szívverés és sok más. Hagyományosan két rendszerre osztják, a szimpatikus részre (amely a “harcolj vagy menekülj” elnevezésű választ aktiválja) és a paraszimpatikus részre (amely a szintén elnevezésű “pihenj és eméssz” választ aktiválja).

A szimpatikus idegrendszer aktiválásának hatásait a szívfrekvencia mérésével tanulmányozhatjuk. Korábbi szívkísérletünkben megfigyeltük a szív elektromos impulzusait és a szívfrekvencia növekedését terhelés közben. Menjünk egy kicsit mélyebbre a szívritmus fiziológiájában, és próbáljuk meg konkrétan aktiválni a szimpatikus idegrendszer “harcolj vagy menekülj” válaszát. Mi történik a “harcolj vagy menekülj” során? Képzelheti, hogy ha fenyegetéssel szembesülünk, mondjuk egy éjszaka mozgó nagy árnyékkal, a pulzusszám megemelkedik, izzadás kezdődik, a légzés fokozódik, az emésztés gátlódik, a szem kitágul, és még sok más dolog.

A paraszimpatikus aktiválja a “pihenés és emésztés” választ, amely a fent felsorolt dolgok ellenkezőjét hajtja végre (a pulzusszám csökken, az emésztés aktiválódik, a nyálelválasztás fokozódik stb). Mind a szimpatikus, mind a paraszimpatikus rendszerben számos ilyen reakciót hormonok irányítanak, amelyeket hasznos lehet “neurotranszmittereknek” tekinteni, de amelyek a szinaptikus hasadék helyett a véráramba jutnak, hogy megtalálják a célpontjukat, és az agyban az 1 ms-os válaszidő helyett a hormonok válaszideje másodpercektől percekig terjedő skálán mozog a test több struktúrájában.

Például, amikor a szimpatikus idegrendszer aktiválódik, az agyalapi mirigy, amely anatómiailag a hipotalamuszból ágazik ki az agyban, adrenokortikotrop hormont (ACTH) bocsát ki a véráramba, megnöveli a kortizolszintet, ami különböző fiziológiai változásokat okoz, beleértve a szívritmus emelkedését. Ezzel párhuzamosan a mellékvese, a veséken található idegi ganglion noradrenalin szabadul fel, és hasonló hatást gyakorol a szívre.

A szimpatikus idegrendszer aktiválásához a híres “jeges víz” ingert fogjuk használni. Ezt gyakran használják a fájdalomvizsgálatokban, mivel az emberek elviselik, mindenki tapasztalt már hideg kezeket, nem ijesztő és nem okoz pszichés károsodást, és jó modell stimulus, amelyet könnyű megismételni a világ laboratóriumaiban. Minél tovább tartjuk a kezünket a jeges vízben, annál fájdalmasabbá válik, ami aktiválja a szimpatikus idegrendszert, ami a pulzusszám emelkedéséhez vezet.

Most pedig nézzük meg magunknak!

Letöltések

Mielőtt elkezdenénk, győződjünk meg róla, hogy a Backyard Brains Spike Recorder telepítve van a számítógépen. A Backyard Brains Spike Recorder program lehetővé teszi az adatok megjelenítését és elmentését a számítógépen, amikor kísérleteket végez. Egy egyszerű laboratóriumi kézikönyvet is készítettünk, amely segít az adatok táblázatba foglalásában.

Video

NYomtatott anyagok

Ha egy PDF-et keresel, amelyet kinyomtathatsz és firkálhatsz, vagy egy google doc-ot, amelyet szerkeszthetsz, nézd meg a nyomtatott források tárházát itt!

Eljárás

Szívritmus jégvizes kísérlet

  • Töltsön meg egy tésztás edényt vagy egy nagy vödröt 3/4-ig jéggel.
  • Adjon hozzá hideg vizet. Vegye figyelembe, hogy jégvizet készít, nem pedig jéggel teli vizet. A jeges víz biztosítja, hogy a keverék mindig 32° F (0° C) egyensúlyban legyen.
  • Helyezzen elektródtapasz matricákat a felső alkarjára és egyet a kézfejére.
  • Csatlakoztassa a narancssárga kábel piros krokodilcsipeszeit a felső alkarján lévő elektródákhoz, a földelt krokodilcsipeszt pedig a kézfején lévő földelt elektródához.
  • Csatlakoztassa a narancssárga kábelt a Heart and Brain SpikerShield készülékhez, és csatlakoztassa a Heart and Brain SpikerShield készüléket a számítógéphez USB-n keresztül.
  • Állítsa be a SpikeRecorder szoftvert a pulzusszám rögzítésének megkezdéséhez. Ehhez csatlakoztassa a Heart and Brain SpikerShield-et a számítógéphez USB porton keresztül, kapcsolja be a 60 Hz-es (USA) vagy 50 Hz-es (Európa, Dél-Amerika) hálózati zajszűrő bevágószűrőt, attól függően, hogy melyik országban él, valamint az 1-100 Hz közötti általános sávszűrőket. Lépjen küszöbérték üzemmódba, kattintson a szív ikonra, és mozgassa a küszöbértéket, amíg el nem tudja különíteni és kiszámítani a szívfrekvenciát.
  • Megjegyzés: Ha az elektrokardiogram furcsán (fejjel lefelé) jelenik meg, cserélje fel a két piros alligátorcsipeszt az ellentétes alkarokra.
  • Nyomja meg a felvétel gombot, írja fel a barátja pulzusszámát, akiről felvételt készít, majd…
  • A barátja tegye a kezét a jeges vízbe, de hagyja szabadon az alkar felső részét, hogy az elektródák ne merüljenek alá.
  • Várjon, amíg a barátja nem jelenti, hogy az inger eléggé fájdalmassá válik ahhoz, hogy “alig tudja elviselni.”
  • Írja fel a pulzusszámát.
  • Ismételje meg néhányszor, hogy átlagot kapjon (lásd a kézikönyvet).
  • Ha elég sok megfigyelést ismétel, statisztikai hipotézisvizsgálatot végezhet. Változat- A merülési reakció

    Miközben beállítjuk ezt a kísérletet, megvizsgálunk egy másik, a szívfrekvenciára gyakorolt hatást is, az úgynevezett merülési reflexet. Amikor egy fókaoroszlán vagy más tengeri emlős merül, a szívverése csökken, és a perifériás szövetek és végtagok vénái és artériái összehúzódnak. Ez korlátozza a merüléshez nem kapcsolódó szervek vérellátását, csökkenti a szív oxigénfogyasztását, és fenntartja az agy vérellátását.

    De tudtad, hogy ez a reakció minden emlősben létezik, így benned is? Amikor hideg víz érintkezik az arcoddal, és visszatartod a lélegzeted, a “búvárreflexet” a pulzusszám csökkenéseként észlelhetjük. Változatokat végezhetünk, hogy elkülönítsük a vízzel való érintkezés hatását az arcon, szemben az egyszerű légzés visszatartásával.

    Szívritmus búvárválasz kísérlet

    Megjegyzés: Oktatói felügyelet ajánlott, ha ezt a kísérletet az osztályteremben végezzük

  • Dobd ki a fenti edényből a jeges vizet, és cseréld ki elviselhetőbb hideg/hűvös vízre.
  • Jegyezze fel a nyugalmi pulzusszámot.
  • Az alany tartsa vissza a lélegzetét, és merítse az arcát a víz alá annyi időre, ameddig az alany kényelmesen képes rá.
  • Figyelje meg a pulzusszámot. Csökken-e, majd emelkedik-e, amikor az alany kiveszi a fejét a kád vízből, és újra lélegezni kezd?
  • Most az alany használjon snorkelt.
  • Ismételje meg a kísérleteket, de az alany tartsa az arcát a víz alatt, de a snorkelen keresztül lélegezzen.
  • Változik-e a pulzusszám ugyanúgy, mint amikor az alany a víz alatt tartotta a lélegzetét?
  • Végül mérje meg a pulzusszámot, és csak arra kérje az alanyt, hogy tartsa vissza a lélegzetét ahelyett, hogy az arcát a víz alá merítené. Észre kell vennie, hogy a pulzusszám lecsökken, majd a normál légzéshez való visszatéréskor rövid időre ismét emelkedik. Több vagy kevésbé drámai volt ez, mint amikor az arcot víz alá merítették?
  • Jegyzetek

  • Köszönjük edzés- és izomfiziológus kollégánknak, Brian L. Tracy docensnek, hogy a Society for Neuroscience 2016 konferencián ismertette velünk ezt a kísérletet.
  • Az “autonomic”, azaz önkéntelen, rokonságban áll az “autonomous”, azaz független szóval.

    Science Fair Project Ideas

    Mivel ezek a kísérletek viszonylag könnyen és gyorsan elvégezhetők, gyorsan nagy adathalmazt hozhat létre a családban vagy az iskolában. Vannak-e különbségek a sportolók és a normál vagy alacsony kondíciójú emberek között? Vannak-e különbségek az életkor, a férfi és női tanulók közötti különbségek stb. Boldog statisztikát!

    Korábban tanulmányoztuk az edzés hatását a pulzusszámra. Miért növelné vagy nem növelné a jég okozta stresszválasz a pulzusszámot más fiziológiai mechanizmusokon keresztül, mint a testmozgás?

  • Vélemény, hozzászólás?

    Az e-mail-címet nem tesszük közzé.