Eksperyment: Aktywuj twój Sympatyczny Układ Nerwowy

Tło

Większość naszych ludzkich eksperymentów fizjologii zajmowała się dobrowolnym układem nerwowym (Neuromuscular Neuroscience) lub percepcją (Sensory Neuroscience); ale tutaj będziemy mówić o „mimowolnej” części układu nerwowego, autonomicznym układzie nerwowym. Autonomiczny układ nerwowy kontroluje rzeczy, których jesteśmy świadomi i nieświadomi, ale nad którymi nie mamy zbyt dużej kontroli – trawienie, homeostazę, pocenie się, ciśnienie krwi, rytm serca i wiele innych. Jest on tradycyjnie podzielony na dwa systemy, podział współczulny (który aktywuje ukutą reakcję „walcz lub uciekaj”) i podział przywspółczulny (który aktywuje również ukutą reakcję „odpoczywaj i traw”).

Możemy badać efekty współczulnej aktywacji nerwowej poprzez pomiar częstości akcji serca. W naszym poprzednim eksperymencie z sercem obserwowaliśmy impulsy elektryczne serca i wzrost częstości akcji serca podczas ćwiczeń. Pójdźmy trochę głębiej w fizjologię tętna i spróbujmy konkretnie aktywować współczulny układ nerwowy „walka lub lot” odpowiedź. Co się dzieje w „walce lub ucieczce?” Jak można sobie wyobrazić, w obliczu zagrożenia, powiedzmy, duży cień poruszający się w nocy, tętno wzrasta, zaczyna się pocić, oddychanie wzrasta, trawienie jest zahamowane, oczy rozszerzają się i wiele innych rzeczy.

Alternatywnie, przywspółczulny aktywuje odpowiedź „odpoczywaj i traw”, która wykonuje przeciwieństwo wszystkich rzeczy wymienionych powyżej (tętno maleje, trawienie aktywuje się, ślinienie się wzrasta, itp). Wiele z tych reakcji w obu systemach współczulnych i przywspółczulnych jest kontrolowanych przez hormony, które mogą być pomocne w myśleniu o „neuroprzekaźnikach”, ale które wchodzą do krwiobiegu zamiast do szczeliny synaptycznej, aby znaleźć swoje cele, a zamiast czasów reakcji 1 ms w mózgu, hormony mają czasy reakcji w skali sekund do minut na wielu strukturach w organizmie.

Na przykład, gdy współczulny układ nerwowy jest aktywowany, przysadka mózgowa, która anatomicznie odgałęzia się od podwzgórza w mózgu, uwalnia hormon adrenokortykotropowy (ACTH) do krwiobiegu, zwiększa poziom kortyzolu, powodując różne zmiany fizjologiczne, w tym wzrost tętna. Jednocześnie nadnercze, zwoje nerwowe znajdujące się na nerkach, uwalnia noradrenalinę i ma podobny wpływ na serce.

Aby aktywować twój współczulny układ nerwowy, użyjemy słynnego bodźca „lodowatej wody”. To jest często używany w bólu studiach gdy ludzie mogą tolerować je, everyone doświadczał zimne ręce przed, ja no jest straszny i no powoduje w psychologicznej szkodzie, i jest dobrym modelowym bodźcem łatwy replikować w laboratoriach wokoło świata. Im dłużej trzymasz rękę w lodowatej wodzie, tym bardziej staje się ona bolesna, aktywując współczulny układ nerwowy, co prowadzi do wzrostu częstości akcji serca.

A teraz zobaczmy to na własne oczy!

Pobieranie

Zanim zaczniesz, upewnij się, że masz zainstalowany program Backyard Brains Spike Recorder na swoim komputerze. Program Backyard Brains Spike Recorder pozwala na wizualizację i zapisywanie danych na komputerze podczas wykonywania eksperymentów. Stworzyliśmy również prosty podręcznik laboratoryjny, który pomoże Ci w tabelowaniu danych.

Wideo

Materiały do druku

Jeśli szukasz pliku PDF do wydrukowania i bazgrania lub google doc do edycji, sprawdź to repozytorium materiałów do druku tutaj!

Procedura

Eksperyment z lodowatą wodą na tętno

  • Napełnij garnek do makaronu lub duże wiadro w 3/4 lodem.
  • Dodaj zimną wodę. Zauważ, że robisz wodę z lodem, a nie wodę z lodem. Woda z lodem zapewni, że mieszanina będzie zawsze w równowadze przy 32° F (0° C).
  • Umieśćcie naklejki z łatkami elektrod na waszych górnych przedramionach i jedną na grzbiecie waszej ręki.
  • Połączcie czerwone zaciski aligatorowe waszego pomarańczowego kabla z elektrodami na waszych górnych przedramionach, a zacisk aligatorowy masy z elektrodą masy na grzbiecie waszej ręki.
  • Podłącz pomarańczowy kabel do tarczy SpikerShield Serca i Mózgu, i podłącz tarczę SpikerShield Serca i Mózgu do komputera przez USB.
  • Skonfiguruj oprogramowanie SpikeRecorder, aby rozpocząć rejestrowanie częstości akcji serca. Odbywa się to poprzez podłączenie SpikerShield Serca i Mózgu do komputera poprzez port USB, włączenie filtru odcinającego szum linii energetycznej 60 Hz (USA) lub 50 Hz (Europa, Ameryka Południowa) w zależności od kraju, w którym mieszkasz, oraz ogólnych filtrów pasmowo-przepustowych od 1-100 Hz. Przejdź do trybu progowego, kliknij ikonę serca i przesuwaj próg, aż będziesz mógł wyizolować i obliczyć tętno.
  • Uwaga, jeśli elektrokardiogram wydaje się dziwny (do góry nogami), zamień dwa czerwone klipsy aligatorowe na przeciwległe przedramiona.
  • Naciśnij przycisk nagrywania, zapisz tętno kolegi, od którego nagrywasz, a następnie…
  • Poproś kolegę, aby włożył rękę do lodowatej wody, ale pozostawiając odsłonięte górne przedramiona, aby elektrody nie były zanurzone.
  • Poczekaj, aż twój przyjaciel zgłosi, że bodziec staje się na tyle bolesny, że „ledwo go toleruje.”
  • Zapisz częstość akcji serca.
  • Powtórz kilka razy, aby uzyskać średnią (patrz podręcznik).
  • Jeśli powtórzysz wystarczająco dużo obserwacji, możesz przeprowadzić testowanie hipotezy statystycznej. Wariant- Reakcja na nurkowanie

    Podczas gdy jesteśmy przygotowani do tego eksperymentu, badamy również inny wpływ na tętno, zwany odruchem nurkowania. Kiedy lew fok lub inny ssak morski nurkuje, jego tętno spada, a żyły i tętnice w tkankach obwodowych i kończynach kurczą się. Ogranicza to przepływ krwi do narządów niezwiązanych z nurkowaniem, zmniejsza zużycie tlenu przez serce i utrzymuje przepływ krwi do mózgu.

    Ale czy wiesz, że ta reakcja występuje u wszystkich ssaków, w tym u Ciebie? Kiedy zimna woda styka się z twoją twarzą i wstrzymujesz oddech, możemy zaobserwować „Odruch nurkowania” jako spadek częstości akcji serca. Możemy wykonać wariacje, aby oddzielić efekty kontaktu wody z twarzą od zwykłego wstrzymania oddechu.

    Eksperyment reakcji serca na nurkowanie

    Uwaga: Zaleca się nadzór instruktora podczas wykonywania tego eksperymentu w klasie

  • Wylej lodowatą wodę z powyższego naczynia i zastąp ją bardziej tolerowaną zimną/chłodną wodą.
  • Zapisz tętno spoczynkowe.
  • Niech uczestnik wstrzyma oddech i zanurzy twarz pod wodę na tak długo, jak długo uczestnik jest w stanie.
  • Obserwuj tętno. Czy spada, a następnie wzrasta, gdy podmiot wyjmuje głowę z wanny z wodą i zaczyna ponownie oddychać?
  • Teraz niech podmiot użyje rurki do nurkowania.
  • Powtórz eksperymenty, ale niech podmiot trzyma twarz pod wodą, ale oddycha przez rurkę.
  • Czy tętno zmienia się w taki sam sposób, jak wtedy, gdy podmiot wstrzymywał oddech pod wodą?
  • Wreszcie zmierz tętno i poproś podmiot o wstrzymanie oddechu zamiast zanurzania twarzy pod wodą. Powinieneś zauważyć, że tętno spada, a następnie krótko wzrasta ponownie po powrocie do normalnego oddychania. Czy było to bardziej lub mniej dramatyczne niż wtedy, gdy twarz była zanurzona pod wodą?
  • Notatki

  • Dziękujemy naszemu koledze od ćwiczeń i fizjologii mięśni, profesorowi nadzwyczajnemu Brianowi L. Tracy’emu za opisanie nam tego eksperymentu podczas konferencji Society for Neuroscience 2016.
  • Słowo „autonomiczny”, oznaczające mimowolny, jest związane ze słowem „autonomiczny”, oznaczającym niezależny.

    Science Fair Project Ideas

    Ponieważ te eksperymenty są stosunkowo łatwe do szybkiego wykonania, możesz szybko wygenerować duży zestaw danych w swojej rodzinie lub szkole. Czy istnieją różnice między sportowcami a ludźmi o normalnym lub niskim poziomie sprawności fizycznej? Czy istnieją różnice w wieku, różnice między uczniami płci męskiej i żeńskiej, itp. Szczęśliwe statystyki!

    Wcześniej badaliśmy wpływ ćwiczeń na częstość akcji serca. Dlaczego ta reakcja na stres spowodowana przez lód miałaby lub nie miałaby zwiększyć częstość akcji serca poprzez inne mechanizmy fizjologiczne niż ćwiczenia?

  • Dodaj komentarz

    Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.