Experiência: Ative seu Sistema Nervoso Simpático

Fundos

Mais de nossas experiências fisiológicas humanas lidaram com o sistema nervoso voluntário (Neurociência Neuromuscular) ou percepção (Neurociência Sensorial); mas aqui falaremos sobre a parte “involuntária” do sistema nervoso, o sistema nervoso autônomo. O sistema nervoso autônomo controla coisas das quais estamos conscientes e desconhecidos, mas que geralmente não têm muito controle – digestão, homeostase, sudorese, pressão arterial, freqüência cardíaca e muitas outras. É tradicionalmente dividido em dois sistemas, a divisão simpática (que ativa a resposta cunhada “luta ou fuga”) e a divisão parassimpática (que ativa a resposta também cunhada “repouso e digestão”).

Podemos estudar os efeitos da ativação nervosa simpática medindo a freqüência cardíaca. Em nosso experimento cardíaco anterior observamos os impulsos elétricos do coração e o aumento da freqüência cardíaca durante o exercício. Vamos um pouco mais fundo na fisiologia da freqüência cardíaca e tentar ativar especificamente a resposta “luta ou fuga” do seu sistema nervoso simpático. O que acontece em “lutar ou voar”? Como você pode imaginar, se diante de uma ameaça, digamos, uma grande sombra se move durante a noite, a freqüência cardíaca aumenta, o suor começa, a respiração aumenta, a digestão é inibida, os olhos se dilatam, e muitas outras coisas.

Alternativamente, o parassimpático ativa a resposta de “descanso e digestão”, que realiza o oposto de todas as coisas listadas acima (a freqüência cardíaca diminui, a digestão ativa, a salivação aumenta, etc.). Muitas dessas reações tanto no sistema simpático quanto no parassimpático são controladas por hormônios, que podem ser úteis para pensar como “neurotransmissores”, mas que entram na corrente sanguínea ao invés da fenda sináptica para encontrar seus alvos, e ao invés de tempos de resposta de 1 ms no cérebro, os hormônios têm tempos de resposta na escala de segundos a minutos em múltiplas estruturas do corpo.

Por exemplo, quando o sistema nervoso simpático é ativado, a hipófise, que se ramifica anatomicamente do hipotálamo no cérebro, libera o hormônio Adrenocorticotrópico (ACTH) na corrente sanguínea, aumenta os níveis de cortisol, causando várias mudanças fisiológicas, incluindo o aumento da frequência cardíaca. Simultaneamente, a glândula adrenal, um gânglio neural localizado nos rins, libera norepinefrina e tem um efeito semelhante no coração.

Para ativar seu sistema nervoso simpático, vamos usar o famoso estímulo “água gelada”. Este é frequentemente usado em estudos da dor, pois os humanos podem tolerá-lo, todos já experimentaram mãos frias antes, não é assustador e não resulta em danos psicológicos, e é um bom modelo de estímulo fácil de replicar em laboratórios de todo o mundo. Quanto mais tempo você mantém sua mão em água gelada, mais dolorosa ela se torna, ativando seu sistema nervoso simpático, o que levará a um aumento na freqüência cardíaca.

Agora vamos ver por nós mesmos!

Downloads

Antes de começar, certifique-se de ter o Gravador de Espigões do Quintal instalado no seu computador. O programa Gravador de Espigões do Quintal permite que você visualize e salve os dados no seu computador quando estiver fazendo experiências. Também construímos um simples manual de laboratório para o ajudar a tabular os seus dados.

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Procedimento

Experiência de Água Gelada com Frequência Cardíaca

Encha uma panela de massa ou balde grande 3/4 cheio com gelo.

Adicione água fria. Note que você faz água com gelo, não água com gelo dentro. A água com gelo vai garantir que a mistura esteja sempre em equilíbrio a 32° F (0° C).

Coloque adesivos de adesivo de eletrodo nos antebraços superiores, e um nas costas da mão.

Conecte as presilhas vermelhas do seu cabo laranja com os eletrodos nos antebraços superiores, e a presilha de crocodilo de terra no eletrodo de terra na parte de trás da mão.

Ligue o cabo cor-de-laranja ao seu SpikerShield do coração e do cérebro, e ligue o SpikerShield do coração e do cérebro ao seu computador via USB.

Configure o seu software SpikeRecorder para começar a gravar a frequência cardíaca. Isto é feito ligando o seu SpikerShield Heart and Brain ao seu computador através da porta USB, ligando o filtro de ruído de 60 Hz (EUA) ou 50 Hz (Europa, América do Sul), dependendo do país onde vive, e os filtros de passagem de banda geral de 1-100 Hz. Entre no modo threshold, clique no ícone do coração, e mova o threshold até conseguir isolar e calcular a frequência cardíaca.

Note que se o eletrocardiograma parecer estranho (de cabeça para baixo), troque os dois clipes vermelhos do jacaré para antebraços opostos.

Pressione o botão gravar, escreva a frequência cardíaca do amigo de onde está a gravar, depois…

Peça ao seu amigo para colocar a mão na água gelada, mas deixando os antebraços superiores expostos para que os eléctrodos não fiquem submersos.

Espere até o seu amigo relatar que o estímulo se torna doloroso o suficiente para que ele ou ela possa “mal tolerá-lo”.

Anote o seu ritmo cardíaco.

Repita um número de vezes para obter uma média (ver folheto).

Se você repetir observações suficientes, você pode fazer um teste estatístico de hipóteses. Variant- The Diving Response

Enquanto estamos preparados para esta experiência, também examinamos outro efeito no ritmo cardíaco, chamado reflexo de mergulho. Quando um leão marinho ou outro mamífero marinho mergulha, sua freqüência cardíaca diminui, e as veias e artérias dos tecidos periféricos e membros se contraem. Isto limita o fluxo sanguíneo aos órgãos não relacionados ao mergulho, reduz o consumo de oxigênio do coração e mantém o fluxo sanguíneo para o cérebro.

Mas você sabia que esta resposta existe em todos os mamíferos, incluindo você? Quando a água fria entra em contato com seu rosto e você prende a respiração, podemos ver o “Reflexo de Mergulho” como uma diminuição no ritmo cardíaco. Podemos fazer variações para separar os efeitos do contacto com a água no rosto em vez de simplesmente suster a respiração.

Experiência de Resposta ao Mergulho da Frequência Cardíaca

Nota: A Supervisão do Instrutor é aconselhada quando se faz esta experiência na sala de aula

Deitar fora a água gelada no pote acima e substituí-la por água gelada/resfriada mais tolerável.

Registe o ritmo cardíaco em repouso.

Faça o sujeito suster a respiração e submergir o rosto debaixo de água enquanto o sujeito for confortavelmente capaz de.

Observe o ritmo cardíaco. Ele diminui, e depois aumenta quando o sujeito remove a cabeça da banheira de água e começa a respirar novamente?

Agora faça o sujeito usar um snorkel.

Repita os experimentos, mas faça o sujeito segurar o rosto sob a água, mas respirar através do snorkel.

O ritmo cardíaco muda da mesma forma que quando o sujeito estava prendendo a respiração debaixo d’água?

Finalmente, meça o ritmo cardíaco, e peça ao sujeito para prender a respiração ao invés de submergir o rosto debaixo d’água. Você deve notar que o batimento cardíaco desce e depois sobe novamente por breves instantes ao voltar à respiração normal. Foi mais ou menos dramático do que quando a face foi submersa debaixo de água?

Notas

Agradecemos ao nosso colega de exercícios e fisiologia muscular, Professor Associado Brian L. Tracy por nos descrever esta experiência durante a conferência da Society for Neuroscience 2016.

A palavra “autônomo”, que significa involuntário, está relacionada com a palavra “autônomo”, que significa independente.

Science Fair Project Ideas

Como estes experimentos são relativamente fáceis de fazer rapidamente, você pode rapidamente gerar um grande conjunto de dados em sua família ou escola. Existem diferenças entre atletas e pessoas com níveis normais ou baixos de aptidão física? Existem diferenças de idade, diferenças entre os estudantes do sexo masculino e feminino, etc. Estatísticas Felizes!

Estudamos anteriormente o efeito do exercício físico do ritmo cardíaco. Porque é que esta resposta ao stress causado pelo gelo aumentaria ou não a frequência cardíaca através de mecanismos fisiológicos diferentes do exercício físico?