Является ли электрофизиология разделом физиологии

Аппаратура для электрофизиологических исследований – ИлпаТех

Является ли электрофизиология разделом физиологии

05 фев 2020г.

Электрофизиология – это раздел физиологии, который изучает электрические явления, происходящие в человеческом организме при различных видах деятельности.

Сегодня электрофизиология является методической базой для различных разделов психологии, медицины, физиологии и биофизики.

Помогает в изучении данного направления специальная электрофизиологическая установка. Её блок-схема выглядит следующим образом.

Экспериментальный стол

Предназначен для размещения оборудования, используемого во время эксперимента. Чаще всего, чтобы оно работало максимально стабильно, устанавливают антивибрационные столы, которые защищают от любых видов вибраций:

  • проезжающие на улице автомобили;
  • метро или трамваи;
  • строительные работы;
  • работающая система вентиляции;
  • обогрев здания.

Для человека они незаметны, и не играют никакой роли. Но для техники они весьма ощутимы, и мешают проводить патч-кламп эксперименты, делать микроинъекции, взвешивать на аналитических весах, работать с микроскопом. Нередко антивибрационные столы оснащены камерами Фарадея, которые в свою очередь защищают оборудование от электромагнитных помех.

Микроскоп

Чаще всего работы по отведению биопотенциалов проводятся под микроскопом. Это объясняется тем, что объект исследования имеет очень малые размеры.

Сегодня практически все ведущие производители микроскопов выпускают специальные модели, предназначенные для электрофизиологии.

Они имеют гриф – электрофизиологическая станция, и оснащены всем необходимым дополнительным оборудованием для комфортной работы с живыми препаратами. При этом их можно модифицировать, в зависимости от того, какая задача стоит перед конкретным исследованием.

Камера

Под этим понятием имеется ввиду помещение, где происходит исследование. Камера отвечает всем необходимым условиям жизнедеятельности объекта.

Для специальных тестов используется термостатируемая камера. Она снабжена датчиками для измерения температуры и других параметров физиологических растворов.

Также она может быть полностью звукоизолирующей, не пропускать свет, магнитные волны и т.д.

Дополнительное преимущество – камера обеспечивает механическую фиксацию образца, а также может быть оснащена дополнительными приспособлениями для смены либо подачи жидкости. Для более простых экспериментов используется более простая чашка Петри.

Система перфузии

Чтобы поддерживать жизнедеятельность объекта исследований и подавать экспериментальный раствор, используется система перфузии. Всего существует несколько вариантов схем их построения. Чаще всего их конструируют сами экспериментаторы. На данный момент самые удачные схемы реализованы коммерчески, и их можно найти в широком доступе.

Усилитель

Это специальное устройство, которое позволяет регистрировать и усиливать биопотенциалы. Всего существует несколько основных видов такого оборудования. Выбирать необходимый вариант нужно исходя от подхода решения определенной задачи.

Некоторые модели усилителей позволяют проводить несколько видов измерений, но в рамках той методики, для которой он разрабатывался. Увы, но на сегодня не существует универсальных усилителей, которые могли бы решать любые поставленные задачи электрофизиологии. Поэтому выбор нужного усилителя – это сложная и серьезная задача для каждого специалиста.

Сегодня доступен широкий выбор усилителей от различных производителей. Всего же можно выделить несколько основных классов данного оборудования:

  • patc-clam;
  • внутриклеточные усилители;
  • потенциостаты;
  • для внеклеточных исследований.

Полярограф

Весьма распространённый прибор среди химиков и биологов. Другие названия полярографа – потенциостат или гальваностат. Он позволяет измерять предельный ток или напряжение, величина которых зависит от концентрации исследуемого вещества.

Чтобы определить предельные значения, проводится полный анализ кривой зависимости силы тока от поданного напряжения, либо зависимость напряжения от пропускаемого тока. Кривая, полученная опытным путем, называется полярограмма.

Исследуя её, можно проследить, как протекают различные химические реакции, в том числе и процессы, происходящие в живых организмах. Полярографы имеют очень важное значение в изучении источников питания и коррозии различных металлов.

Микроманипулятор

Это специальное устройство, которое предназначено для позиционирования микроэлектрода, пипетки, микроинструментов с точностью от 0,1 микрометра.

Выбирая манипулятор, нужно руководствоваться точностью, с которой вам потребуется позиционировать микроинструмент во время исследований.

Также следует обращать внимание на тот момент, насколько удобно будет пользоваться инструментом: выполнять замену микроэлектродов, позиционировать их в рабочей зоне и т.д. Также немаловажный момент – вид крепления микроманипулятора на рабочем столе.

Всего же манипуляторы делятся по принципу действия. Они могут быть:

  • механическими;
  • моторизированными;
  • гидравлическими;
  • пьезоманипуляторы.

Сегодня на рынке можно найти огромное количество различных типов микроманипуляторов от разных производителей. Цены на них варьируются в широком диапазоне, поэтому можно приобрести именно ту модель, которая соответствует вашему бюджету. Со многими задачами могут справиться недорогие, более простые механические модели микроманипуляторов.

Блок стимуляции

Данное оборудование имеет второе название – электрофизиологический стимулятор. Благодаря ему можно генерировать сигналы, являющиеся внешними стимулами для вызова реакций у исследуемого объекта. Блок состоит из изолирующей головки и генератора импульсов.

Генератор может создавать как одиночные импульсы, так и их потоки. Они в свою очередь поступают на изолирующую головку, после чего подаются на объект.

Блок обработки

Чаще всего он состоит из компьютера с устройствами ЦАП и АЦП. Он позволяет обеспечить выделение полезного сигнала из шума, а также накапливает, суммирует, усредняет биологические активности объекта.

Технические возможности современных компьютеров и дополнительных устройств позволяют решить широкий спектр электрофизиологических задач. Однако, лимитирующим фактором может выступить программное обеспечение. Поэтому при выборе блока обработки нужно особое внимание уделить ПО, которое идет в комплекте, а также на его возможности.

Источник: https://ilpa-tech.ru/news/133-apparatura-dlia-elektrofiziologii

Электрофизиология

Является ли электрофизиология разделом физиологии

Электрофизиология (от греческого ἥλεκτρον, «электрон» — янтарь; φύσις, «физис» — природа; -λογία, «логия» — закон, учение) — раздел физиологии, изучающий электрические свойства биологических объектов: органов, тканей, клеток, мембран. Электрофизиологов исследуют как функцию отдельных биомолекул, связанных с электрическими явлениями, так и работу целых органов (сердца, мозга и т.д.).

Предмет исследования

Клетки живых организмов окружены полупроницаемой липидной мембраной, создает разницу концентраций ионов. Живые существа активно поддерживают эту разницу с помощью активных энергоемких механизмов для создания мембранных потенциалов.

В мембранах существуют белковые каналы, которые открываются в ответ на определенные стимулы (химические, электрические, температурные, механические и т.д.) и генерируют пассивные ионные токи по градиенту концентрации.

Изменения разности потенциалов на мембране, которые вызываются этими токами, регулируют функцию клеток — от мгновенных изменений активности, движений, защитных реакций к экспрессии генов, деления клетки, клеточной смерти.

История

Впервые о биоэлектричество заявил Луиджи Гальвани еще в XVIII веке. Он показал, что раздражение нерва вызывает сокращение мышцы препарата лягушки, и объяснил это движением «электрического флюида». Алессандро Вольта назвал явление генерации электрического тока живыми организмами гальванизм.

Основателем электрофизиологии как отдельного раздела физиологии считают Эмиля Дюбуа-Реймона. Он установил наличие мембранного потенциала покоя в нервах и мышцах, выявил отклонения от этого потенциала покоя — потенциал действия.

Ученик Дюбуа-Реймона Юлиус Бернштейн с помощью сконструированного им дифференциального реотому определил продолжительность потенциала (тока) действия.

Кроме того, Бернштейн одновременно с Василием Чаговца разработал теорию генерации электрического потенциала из-за разницы концентраций ионов по обе стороны полупроницаемой мембраны. В 1888 году Джон Бурдон-Сандерсон впервые описал отклонения от мембранного потенциала покоя у растений.

Нидерландский физиолог Виллем Эйнтховен разработал первый электрокардиограф, а украинский физиолог Владимир Правдич-Неминский записал первую неинвазивная электроэнцефалограмму. В 1939 году Ходжкин и Эндрю Хаксли впервые измерили прямым методом мембранный потенциал в гигантском аксоне кальмара.

Развитие электрофизиологии в Украине

Еще в конце XIX века в Харькове Василий Данилевский проводил опыты с электрической стимуляции различных зон центральной нервной системы, исследовал механику мышечного сокращения в зависимости от возбуждения.

Первую современную на тот момент электрофизиологическую лабораторию организовал заведующий кафедрой физиологии медицинского факультета Киевского университета Святого Владимира Василий Чаговец в 1910-1911 годах. Уже через два года в этой лаборатории Правдич-Неминский сделал первые записи ЭЭГ.

С 1935 года эту кафедру (уже в составе Киевского медицинского института) возглавил Даниил Воронцов, углубил исследования электрофизиологии отдельных клеток. Ученики Воронцова развили представление об электрических события в различных типах клеток.

Платон Костюк исследовал молекулярные механизмы синаптической передачи между нервными клетками, роль кальциевых токов в передаче возбуждения. Вместе со своими сотрудниками он открыл два подтипа потенциалзависимых кальциевых токов — високопорогови и низькопорогови.

Михаил Шуба впервые описал электрические контакты между отдельными миоцитами в гладком мышце, исследовал отдельные ионные каналы, вызывающих изменение мембранного потенциала миоцитов.

Владимир Скок описал различные типы рецепторов и синаптическую передачу в вегетативной нервной системе.

Важным электрофизиологических центром Украины на начало XXI века остается Институт физиологии имени А. А. Богомольца НАН Украины.

Отдельные исследования проводятся на кафедрах биофизики и физиологии ННЦ «Институт биологии» Киевского национального университета, биологических факультетов Львовского национального университета, Таврического национального университета, и тому подобное.

Электродная техника

Классическим методом электрофизиологии является использование металлических электродов, пидьеданих к усилителю, что позволяет напрямую записывать электрические токи. В зависимости от размеров электродов можно изучать различные объекты, включая отдельными клетками и частями их мембран.

Микроэлектродная техника

В 1946 году Джудит Греем и Ральф Джерард научились делать тонкие стеклянные микропипетки с острым концом диаметром менее 1 микрометра.

Такие пипетки заполнялись раствором с электролитом, который контактировал с металлическим электродом был соединен с усилителем.

С помощью таких микроэлектродов возможно подавать токи до клеток и тканей, а также измерять ток через небольшой участок клеточной мембраны.

Оптические методы

В конце ХХ века появились красители, изменяющие интенсивность флюоресценции в зависимости от электрических характеристик близких к ним мембран и частей клетки. Это позволило электрофизиологов получать новые результаты при относительной непошкодженности клеток.

Объекты исследования

По объектам исследования существуют следующие основные электрофизиологические методы:

  • клеточная электрофизиология — изучаются токи и потенциалы отдельных клеток или даже участков мембраны
  • электрокардиография (ЭКГ) — исследование потенциалов сердца
  • электроэнцефалография (ЭЭГ) — измерение потенциалов мозга
  • электромиография (ЭМГ) — измерение потенциалов мышц
  • Электроретинография (ЭРГ) — измерение потенциалов сетчатки
  • электрогастрография (Эгг) — исследование электрической активности желудка и кишечника

Клиническая электрофизиология

Электрофизиологические методы широко используются в клинике для установления диагноза, а также для лечения пациентов. Электрокардиографию используют для определения качества проведения возбуждения в сердце, электроэнцефалографию — для определения качества функционирования мозга.

Слабые электрические токи используют для стимуляции заживления нервов при повреждении.

Источник: https://info-farm.ru/alphabet_index/eh/ehlektrofiziologiya.html

Все о медицине
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: