Seminarium: Fizjologia układu nerwowego II Zakres materiału do opracowania na kartkówkę: Traczyk W., Trzebski A. Fizjologia człowieka z elementami fizjologii stosowanej i klinicznej, Wydawnictwo Lekarskie PZWL 2009; Rozdz 3- Czynność komórki nerwowej; str 49-70 Ćwiczenia: Komórka nerwowa Doświadczenia, które będą przeprowadzane na ćwiczeniach, polegają na zbadaniu właściwości potencjału czynnościowego wywoływanego w nerwie (zależność amplitudy potencjału od amplitudy bodźca, szybkość przewodzenia, okres refrakcji) oraz wpływu warunków eksperymentalnych na powstawanie i właściwości potencjału czynnościowego. Praca w laboratorium wirtualnym Laboratorium wyposażone jest w następujące instrumenty: a. Komora doświadczalna. Otwiera się ją przez kliknięcie na wieko albo panel umieszczony na przedzie aparatu. Komora zawiera cztery ruchome elektrody - dwie stymulujące i dwie rejestrujące, płytkę uziemiającą i linijkę. b. Stymulator. Wytwarza on impulsy elektryczne o zmiennym napięciu wykorzystywane do stymulacji nerwu. Nerw może być stymulowany bodźcem pojedynczym ("MODE-Single") albo dwoma bodźcami ("MODE-Twin"). Modyfikować można czas między impulsami czyli repetycję ("DELAY" przy ustawieniu "MODE-Twin"), czas trwania impulsu ("DURATION") i wielkość impulsu ("AMPLITUDE"). Ponadto można zmieniać polarność bodźca ("POLARITY") i wprowadzać opóźnienie ("DELAY" przy ustawieniu "MODE-Single") w rozpoczynaniu ("TRIGGER") stymulacji. Wielkość każdego z parametrów ustawia się na odpowiedniej skali, z wykorzystaniem znajdującego się pod nią mnożnika ("MULTIPLIER"). Na stymulatorze widoczna jest szpulka z nicią służącą do założenia jednej lub dwóch przewiązek na nerw. c. Oscyloskop. Na jego ekranie prezentowane są w formie wykresów stymulacja (bodziec) i aktywność nerwu (zarejestrowany potencjał czynnościowy). Oscyloskop ma dwa kanały ("CHANNEL 1 i 2") i skalę czasową ("TIMEBASE"). Czułość kanałów ustawia się za pomocą właściwych dla nich pokręteł, które mają skalę 1-1000 mv*div -1. Położenie każdego z wykresów jest zmienne, do jego ustawienia służą suwaki "CH1" i "CH2". Dokładność skali czasowej (podziałka pozioma) można zmienić w zakresie od 0,1 do 100 ms*div -1.
Zadania do wykonania ĆWICZENIE 1 TYTUŁ ĆWICZENIA: Zależność amplitudy potencjału czynnościowego od amplitudy bodźca CEL ĆWICZENIA: zbadanie wpływu intensywności bodźca na wielkość potencjału czynnościowego wywołanego w nerwie, wyznaczenie bodźca progowego (minimalnego) i bodźca maksymalnego oraz wykreślenie i interpretacja krzywej obserwowanej zależności. Zależność tę można zbadać, stymulując nerw bodźcem pojedynczym o stałym czasie trwania i rosnącej amplitudzie. PROTOKÓŁ ĆWICZENIA: 1. W celu wywołania w nerwie i zarejestrowania potencjału czynnościowego należy: 2. Ustawić na oscyloskopie: CHANNEL I (czułość osi pionowej Y odpowiadającej amplitudzie bodźca) = 100 mv na kratkę; CHANNEL 2 (czułość osi pionowej Y odpowiadającej amplitudzie potencjału czynnościowego) = 2 mv na kratkę do momentu wyznaczenia wartości bodźca progowego, a następnie 5 mv na kratkę; TIMEBASE (czułość osi poziomej X odpowiadającej czasowi) = 1 ms na kratkę; położenie wykresów bodźca CH1 i potencjału - CH2, przesuwając "suwaki" znajdujące się po lewej stronie ekranu oscyloskopu do wysokości, odpowiednio, pierwszej i trzeciej dolnej, poziomej linii znajdujących się na ekranie oscyloskopu. 3. Ustawić na stymulatorze: liczbę bodźców stymulujących nerw - MODE - "Single" (= działanie bodźcem pojedynczym); polarność elektrod - POLARITY - "norm"; moment rozpoczęcia stymulacji nerwu - TRIGGER - "norm" (bez opóźnienia); opóźnienie - DELAY - 0 ms; czas trwania bodźca - 1 ms (DURATION -10 ms, MULTIPLIER - 0.1).
4. Stymulować nerw bodźcami o stałym czasie trwania i wzrastającej amplitudzie - ustawić na stymulatorze amplitudę bodźca - AMPLITUDE i nacisnąć przycisk "On" pod napisem STIMULUS: a. stymulację rozpocząć od bodźca o amplitudzie 0 mv, zwiększając następnie amplitudę do momentu zaobserwowania na ekranie oscyloskopu wykresu pierwszego widocznego potencjału (wychylenia wykresu CH1) - bodziec, który powoduje powstanie w nerwie pierwszego rejestrowanego potencjału, to bodziec progowy (minimalny). Notować wszystkie obserwacje: amplitudę bodźca i amplitudę wywołanego tym bodźcem potencjału; b. w celu wyznaczenia wartości bodźca maksymalnego, czyli bodźca wywołującego potencjał czynnościowy o maksymalnej amplitudzie - zwiększać dalej amplitudę bodźca- w razie konieczności zmienić położenie mnożnika MULTIPLIER na 100, a amplitudę bodźca odczytywać z ekranu oscyloskopu. c. Zadziałać na nerw dwoma bodźcami o amplitudzie większej niż bodziec maksymalny. Notować obserwacje (jw.). 5. Z ekranu oscyloskopu przekopiować wykres maksymalnego potencjału czynnościowego, odwzorowując jego kształt, amplitudę i czas trwania. 6. Na podstawie uzyskanych danych sporządzić i opisać wykres zależności amplitudy potencjału czynnościowego od amplitudy bodźca. Należy zinterpretować uzyskaną zależność, porównać wykazaną właściwość potencjału czynnościowego wywołanego w nerwie i analogiczną cechę potencjału czynnościowego włókna nerwowego. ĆWICZENIE 2 TYTUŁ ĆWICZENIA: Okres refrakcji bezwzględnej i względnej potencjału czynnościowego CEL ĆWICZENIA: zbadanie wrażliwości nerwu pobudzonego na kolejne bodźce, czyli możliwości wywołania kolejnego potencjału czynnościowego w nerwie w czasie trwania potencjału czynnościowego wywołanego pierwszym bodźcem. Okres refrakcji bezwzględnej i względnej potencjału czynnościowego wywołanego w nerwie można wyznaczyć, stymulując nerw dwoma bodźcami o malejącej "częstotliwości", czyli zwiększając odstęp czasowy pomiędzy bodźcami - repetycję. PROTOKÓŁ ĆWICZENIA: 1. Ustawić parametry na oscyloskopie - jak w poprzednim doświadczeniu: CHANNEL 1-100 mv na kratkę, CHANNEL 2-5 mv na kratkę, TIMEBASE - 1 ms/kratkę. 2. Ustawić na stymulatorze: liczbę bodźców stymulujących nerw - MODE - "Twin" (działanie dwoma bodźcami); amplitudę bodźca (AMPLITUDE) równą wielkości bodźca maksymalnego wyznaczonej w poprzednim ćwiczeniu; czas trwania bodźca (1 ms), polarność elektrod - POLARITY ("norm") i moment rozpoczęcia stymulacji nerwu - TRIGGER ("norm") pozostają bez zmian
3. stymulować nerw bodźcami o stałym czasie trwania i amplitudzie działającymi z malejącą "częstotliwością": a. rozpocząć stymulację nerwu przy ustawieniu repetycji DELAY - 0 ms, zanotować wartość repetycji i amplitudę wywołanych potencjałów czynnościowych; b. z ekranu oscyloskopu przekopiować wykresy potencjałów czynnościowych, odwzorowując ich kształt, amplitudę i czas trwania; zaznaczyć strzałkami moment działania bodźców; c. zwiększać stopniowo repetycję (zmniejszać "częstotliwość" bodźców) o 1 ms, notując repetycję i amplitudę potencjałów czynnościowych; zwrócić uwagę na moment (fazę potencjału czynnościowego wywołanego pierwszym bodźcem), gdy pojawi się drugi potencjał czynnościowy i przekopiować odpowiednie wykresy, odwzorowując kształt, amplitudę i czas trwania obu potencjałów czynnościowych; zaznaczyć strzałkami moment działania bodźców; d. zwrócić uwagę na moment (fazę potencjału czynnościowego wywołanego pierwszym bodźcem), gdy amplituda drugiego potencjału czynnościowego osiągnie wielkość potencjału wywołanego pierwszym bodźcem. Przekopiować odpowiednie wykresy, odwzorowując kształt, amplitudę i czas trwania obu potencjałów czynnościowych; zaznaczyć strzałkami moment działania bodźców; e. zadziałać na nerw przy repetycji 6 ms; f. narysować wykres maksymalnego potencjału czynnościowego wywołanego w badanym nerwie i na podstawie własnych obserwacji zaznaczyć na nim okres niewrażliwości nerwu na kolejne pobudzenie, czyli zniesionej pobudliwości nerwu (okres refrakcji bezwzględnej potencjału czynnościowego), okres zmniejszonej wrażliwości nerwu na kolejny bodziec, czyli zmniejszonej pobudliwości nerwu (okres refrakcji względnej potencjału czynnościowego ); g. narysować wykres przedstawiający zależność amplitudy potencjału czynnościowego od repetycji i zaznaczyć na nim okres refrakcji bezwzględnej i względnej. Należy zinterpretować uzyskane wyniki doświadczenia w kontekście prawidłowości i właściwości błon komórkowych neuronów decydujących o występowaniu okresów refrakcji. ĆWICZENIE 3 TYTUŁ ĆWICZENIA: Szybkość przewodzenia potencjału czynnościowego CEL ĆWICZENIA: wyznaczenie szybkości, z jaką w badanym nerwie (nerwie płaza) przewodzony jest potencjał czynnościowy wywołany bodźcem elektrycznym. PROTOKŁ ĆWICZENIA: 1. Ustawić parametry na oscyloskopie - jak w poprzednim doświadczeniu: CHANNEL 1-100 mv, CHANNEL 2-5 mv, TIMEBASE - 1 ms. 2. Ustawić na stymulatorze: liczbę bodźców stymulujących nerw - MODE - "Single" (działanie bodźcem pojedynczym); amplitudę bodźca (AMPLITUDE) równą wielkości bodźca
maksymalnego: czas trwania bodźca (1 ms), polarność elektrod - POLARITY ("norm") i moment rozpoczęcia stymulacji nerwu - TRIGGER ("norm") pozostają bez zmian. 3. Otworzyć komorę zawierającą preparat nerwowy, zmniejszyć odległość między elektrodami stymulującymi i rejestrującymi, odczytać i zanotować dzielącą je odległość. 4. Zamknąć komorę i wywołać maksymalny potencjał czynnościowy. 5. Odczytać z ekranu oscyloskopu czas między początkiem stymulacji (działania bodźca) a powstaniem potencjału czynnościowego (okres latencji) i przekopiować wykres wywołanego w nerwie potencjału czynnościowego. 6. Otworzyć ponownie komorę, maksymalnie zwiększyć odległość między elektrodami stymulującymi i rejestrującymi, odczytać i zanotować dzielącą je odległość. 7. Zamknąć komorę i ponownie pobudzić nerw. 8. Odczytać z ekranu oscyloskopu czas latencji i przekopiować wykres wywołanego w nerwie potencjału czynnościowego. 9. Obliczyć szybkości przewodzenia potencjału czynnościowego w nerwie kulszowym żaby. Należy porównać kształty potencjałów czynnościowych wywołanych przy różnych odległościach elektrod. Należy porównać szybkość przewodzenia obliczoną przez siebie z szybkością przewodzenia w nerwach u ludzi. ĆWICZENIE 4 TYTUŁ ĆWICZENIA: Polarność potencjału czynnościowego CEL ĆWICZENIA: zbadanie warunków powstawania w nerwie potencjału czynnościowego jednofazowego i dwufazowego. PROTOKÓŁ ĆWICZENIA 1. Ustawić parametry na oscyloskopie i stymulatorze - jak w poprzednim doświadczeniu: CHANNEL 1-100 mv, CHANNEL 2-5 mv, TIMEBASE - l ms, MODE - "Single", czas trwania bodźca - 1 ms, polarność elektrod - POLARITY - "norm" i moment rozpoczęcia stymulacji nerwu - TRIGGER - "norm". 2. Wywołać (przy dwóch odległościach pomiędzy elektrodami stymulującymi i rejestrującymi - mniejszą i maksymalną możliwą do ustawienia) maksymalne potencjały czynnościowe, zanotować ich amplitudy i przekopiować wykresy. 3. Otworzyć komorę i przewiązać nerw nitką, umieszczając ją pomiędzy obiema elektrodami rejestrującymi. 4. Po zamknięciu komory poddać nerw stymulacji o niezmienionych w stosunku do poprzedniego ćwiczenia parametrach (bodziec pojedynczy, maksymalny, czas trwania bodźca - 1 ms). 5. Zanotować amplitudę wywołanego w nerwie potencjału czynnościowego i przekopiować jego wykres.
Należy zinterpretować zaobserwowane różnice w kształcie potencjałów czynnościowych wywołanych w trzech różnych warunkach doświadczalnych. ĆWICZENIE 5 TYTUŁ ĆWICZENIA: Chronaksja i reobaza CEL WICZENIA: wyznaczenie krzywej pobudliwości badanego nerwu, czyli zależności między amplitudą minimalnego bodźca niezbędnego do wywołania w nerwie potencjału czynnościowego (oś Y) a czasem niezbędnym do zainicjowania w nerwie tego potencjału (oś X). PROTOKÓŁ ĆWICZENIA 1. Ustawić na oscyloskopie: CHANNEL 1-100 mv, CHANNEL 2-5 mv, TIMEBASE-5 ms. 2. Ustawić na stymulatorze: liczbę bodźców stymulujących nerw - MODE - "Single" (działanie bodźcem pojedynczym), polarność elektrod - POLARITY i moment rozpoczęcia stymulacji nerwu - TRIGGER - "norm", opóźnienie - DELAY - 0; czas trwania bodźca - 20 ms (DURATION - 2 ms, MULTIPLIER - 10); 3. Wyznaczyć bodziec progowy (reobazę), stopniowo zwiększając amplitudę bodźca (AMPLITUDE na stymulatorze), zaczynając od 0 mv. 4. Ustawić amplitudę bodźca dwukrotnie większą od reobazy. 5. Zmniejszyć czas trwania bodźca do 0. 6. Stymulować nerw bodźcami o stopniowo zwiększającym się czasie trwania i wyznaczyć czas trwania bodźca niezbędny do wywołania potencjału czynnościowego (chronaksję). 7. Stopniowo zwiększać w stosunku do chronaksji czas trwania bodźca i przy każdym z ustawionych czasów wyznaczać bodziec progowy, notując czas trwania bodźca i amplitudę bodźca progowego wywołującego potencjał czynnościowy. 8. Stopniowo zmniejszać w stosunku do chronaksji czas trwania bodźca i przy każdym z ustawionych czasów wyznaczać bodziec progowy, notując czas trwania bodźca i amplitudę bodźca progowego wywołującego potencjał czynnościowy. 9. Sporządzić wykres zależności między amplitudą bodźca progowego a czasem trwania bodźca (krzywą pobudliwości nerwu, krzywą Hoorwega- Weissa). Należy zinterpretować wyniki doświadczenia, zwracając uwagę na właściwości błon komórkowych determinujące zależność pobudliwości nerwu od czasu trwania bodźca progowego. ĆWICZENIE 6 TYTUŁ ĆWICZENIA: Stymulacja anodowa CEL ĆWICZENIA: zbadanie wpływu położenia elektrod stymulujących na powstawanie i właściwości potencjału czynnościowego wywołanego w nerwie (potencjału katodowego zamykającego i potencjału anodowego otwierającego).
PROTOKÓŁ ĆWICZENIA 1. Ustawić na oscyloskopie: CHANNEL 1-100 mv, CHANNEL 2-5 mv, TIMEBASE-1 ms. 2. Ustawić na stymulatorze: liczbę bodźców stymulujących nerw - MODE - "Single" (działanie bodźcem pojedynczym), polarność elektrod - POLARITY i moment rozpoczęcia stymulacji nerwu - TRIGGER - "norm", opóźnienie - DELAY 0; czas trwania bodźca - na 1 ms (DURATION - 10 ms, MULTlPLIER - 0.1 ms). 3. Założyć na nerw przewiązkę, umieszczając ją pomiędzy elektrodami stymulującymi. 4. Stymulować nerw bodźcem maksymalnym. 5. Przekopiować wykres wywołanego w nerwie potencjału czynnościowego. 6. Po upewnieniu się, że katoda znajduje się bliżej elektrod rejestrujących, odwrócić polarność bodźca na stymulatorze (POLARITY - "invert"), co oznacza zamianę miejscami położenia katody i anody i uniemożliwia rejestrowanie przepływu prądu przez odpowiednie elektrody, czyli rejestrację potencjału czynnościowego. 7. Stymulować nerw, nie zmieniając parametrów bodźca i notować obserwacje (nie powinny pojawiać się wtedy potencjały czynnościowe). 8. Zwiększać stopniowo czas trwania bodźca (do kilku milisekund) i notować obserwacje (czas trwania bodźca i amplitudę wywołanego potencjału czynnościowego). 9. Przełączyć POLARITY na "norm". 10. Pobudzić nerw i zaobserwować moment (w stosunku do stymulacji) pojawienia się potencjału wywołanego przez katodę (tzw. potencjału katodowego zamykającego) i moment (w stosunku do stymulacji) pojawienia się potencjału wywołanego przez anodę (tzw. potencjału anodowego otwierającego). 11. Narysować diagram pokazujący anodowy potencjał otwierający jako funkcję czasu trwania bodźca, a następnie uzupełnić go o wartość potencjału katodowego zarejestrowanego przy stałych ustawieniach. Należy wytłumaczyć pojawianie się potencjałów anodowych i porównać to zjawisko ze zmianami w amplitudzie potencjału czynnościowego pojawiającymi się przy stymulacji nerwu dwoma bodźcami (okres refrakcji).