Методы исследования в физиологии нервной системы

Многочисленные и разнообразные методы исследования, используемые в нейронауках, можно объединить в несколько групп.

Морфологичечские методыпозволяют изучать структуру мозга на различных уровнях:

1. Анатомирование – наиболее простой и древний метод. Естественно, допускает только посмертное изучение.

2. Гистологическое и цитологическое исследование с использованием особых методов окрашивания и микроскопии (световой, электронной). Материал может быть получен и у живого испытуемого с помощью биопсии, например, во время нейрохирургических операций.

3. Ультразвуковое исследование, или эхоэнцефалография (Эхо-ЭГ).

4. Рентгенологические методы исследования:

1) рентгенография черепа и позвоночника, позволяющие выявить травмы, заболевания костей, а также признаки повышения внутричерепного давления и опухолей головного и спинного мозга; как правило, используется не в исследовательских, а в диагностических целях;

2) рентгенконтрастные методы исследования, позволяющие получить изображение не только костей, но и структур, заполняемых контрастным веществом: пневмоэнцефалография (ПЭГ) - в субарахноидальное пространство вводится воздух, заполняющий желудочки мозга; церебральная ангиография – контрастное вещество вводится в сосуды головного мозга, а на рентгенограмме видно изображение сосудистого русла;

3) компьютерная томография (КТ) – послойные рентгеновские изображения мозга обрабатываются с помощью компьютерной программы, в результате чего воссоздается картина среза. Данный метод имеет высокие разрешающие возможности и позволяет выявить даже незначительные изменения в ткани мозга.

5. Радионуклидные методы диагностики – основаны на введении в кровь радиоизотопов с коротким периодом полураспада и изучение их распределения и поглощения тканью мозга с помощью регистрации излучения. К новым методам радионуклидной диагностики относится позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) – регистрация излучения, испускаемого предварительно введенными позитронизлучающими изотопами биологически активных веществ, участвующих в мозговом метаболизме. Этот метод позволяет изучать биохимическую активность нервной ткани в различных участках мозга и является не только морфологическим, но и функциональным.

6. Томография с использованием ядерного магнитного резонанса (ЯМР-томография) - получение послойного изображения с помощью определения в мозговом веществе распределения плотности ядер водорода и их подвижности в магнитном поле. При этом не используется рентгеновское излучение, что является важным преимуществом данного метода.

Биохимические и физико-химические методы –дают информацию освойствах ликвора, особенностях мозгового метаболизма.У позвоночных животных и человека может исследоваться цереброспинальная жидкость, полученная с помощью люмбальной, субокципитальной или вентрикулярной пункций, а также ткань мозга, полученная с помощью биопсии.

Электрофизиологические методы – большая группа методов, позволяющих оценить электрические процессы в мышцах и нервной системе:

1) регистрация внутриклеточных биопотенциалов с использованием микроэлектродной техники;

2) классическая электродиагностика – исследование возбудимости мышц и нервов при воздействии переменного и постоянного тока;

3) электромиография (ЭМГ) и электронейромиография (ЭНМГ) – регистрация собственной электрической активности мышц и нервов;

4) регистрация электрической активности с помощью вживленных электродов (только в экспериментах на животных);

5) электроокулография – регистрация изменений электрического поля при движении глазных яблок;

6) электроэнцефалография (ЭЭГ) – регистрация потенциалов головного мозга с помощью электродов, наложенных на кожу головы, в том числе и с использованием различных стандартных стимулов (вызванные потенциалы);

7) реоэнцефалография (РЭГ) – изучение кровотока в полости черепа путем регистрации изменений электрического сопротивления тканей черепа и мозга при пропускании через них тока высокой частоты;

Регистрация вегетативных показателей– температуры, электрокожного сопротивления, частоты пульса, дыхания, артериального давления и т. д. Позволяет исследовать функции вегетативной нервной системы, а также выявлять особенности эмоционального реагирования на различные стимулы.

Методы раздражения, разрушения, выключения –классические методы, традиционно используемые в физиологии. В остром или хроническом эксперименте на животном применяют раздражение различных структур мозга с помощью электрических стимулов или химических веществ, разрушение различными способами, временное выключение путем охлаждения или медикаментозного воздействия и наблюдают за изменением поведения и физиологических функций. Данные методы часто сочетают с вживлением электродов.

Рефлексометрия –определение латентного времени рефлексов на различные раздражители. В различных вариантах используется для определения функционального состояния ЦНС, диагностики индивидуальных и типологических особенностей нервной системы.

Метод условных рефлексов,созданный И.П.Павловым. Позволяет судить о процессах возбуждения и торможения в ЦНС по объективно регистрируемым двигательным или вегетативным реакциям при выработке условных рефлексов.

Этологические методы – наблюдение за поведением животных или человека в естественных условиях, выявление врожденных и приобретенных компонентов поведения.

Клинико-физиологические методы- различные методы исследования, применяемые в отношении людей, страдающих патологией нервной системы.

Лекция 2.ВОЗНИКНОВЕНИЕ И ПРОВЕДЕНИЕ НЕРВНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Понятие о возбудимых тканях. Строение клеточной мембраны

Все клетки и ткани живого организма под действием раздражителей переходят из состояния относительного физиологического покоя в состояние активности. Способность реагировать на раздражители – раздражимость - это общее свойство живых организмов. Состояние активности, характеризующееся повышенными энерготратами, может выражаться в возбуждении и торможении. Возбуждение – это появление или усиление функции, торможение – уменьшение или исчезновение.

Проявления возбуждения могут быть неспецифическими, свойственными всем живым тканям (физические, физико-химические, химические изменения, изменения скорости физиологических процессов и т.д.), и специфическими (сокращение, секреция, генерация и проведения биопотенциалов). Ткани, у которых возбуждение проявляется в виде специфической активности, называются возбудимыми. К возбудимым тканям относятся нервная, мышечная и железистая ткани.

Способность клетки к возбуждению во многом связана с особенностями строения клеточной мембраны. Согласно современной модели строения клеточной мембраны, она представляет собой двойной слой фосфолипидов, который стабилизируется белковыми молекулами, пронизывающими липидный слой (интегральные белки), частично погруженными в него (полуинтегральные белки) или расположенными на поверхности (поверхностные). Молекулы фосфолипидов двойного слоя состоят из полярных «головок», обращенных в водную фазу (во внеклеточную и внутриклеточную среду), и неполярных углеводородных цепочек, которые обращены друг к другу и удерживаются гидрофобными связями. В состав мембраны также входят молекулы полисахаридов (рис.1).

Рис.1.Схема строения клеточной мембраны

Мембрана обладает избирательной проницаемостью для различных веществ. Транспорт веществ через мембрану может быть пассивным (по градиенту концентрации, без затрат энергии) и активным, идущим против концентрационного градиента с затратой энергии АТФ. При пассивном транспорте неполярные вещества проникают через мембрану путем растворения в липидном слое и диффузии, заряженные - через специальные каналы, представляющие собой молекулы интегральных белков. Каналы могут находиться в открытом и закрытом состоянии. Это зависит от положения атомных групп внутри канала. В закрытом состоянии суммарный заряд внутри канала не достаточен для «притягивания» положительных или отрицательных ионов. В открытом - достаточен. Каналы, всегда находящиеся в открытом состоянии, называются проточными, открывающиеся под действием электрического поля - электроуправляемыми, или потенциалозависимыми, открывающиеся при действии химических веществ – лиганд-зависимыми. Открытиеканала происходит в результате пространственных изменений и переориентации заряженных атомных групп в молекуле белка. В клетках возбудимых тканей высока плотность электроуправляемых ионных каналов. Активный транспорт обеспечивается работой специальных белков-насосов (рис.2).

	Рис.2. Схематичное изображение ионных каналов (А,В) и Na+ - К+ насоса (Б)
А Б В

Благодаря избирательной проницаемости мембраны для ионов и работе активного транспорта концентрация ионов в цитоплазме и межклеточной жидкости различна: концентрация внутри клетки значительно выше, а Na⁺ Cl^- ниже, чем в межклеточной жидкости.