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
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
Notatki
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?