Физиологические методы исследования животных и человека.

Нормальная физиология — СПбГПМУ, Педиатрический факультет

Основные принципы классификации методов

Методы физиологического исследования делятся по двум основным критериям: объект исследования (животное или человек) и характер воздействия (острое или хроническое вмешательство, а также неинвазивная регистрация). Дополнительно выделяют методы наблюдения, эксперимента, стимуляции и функциональных нагрузок.

Классификация по объекту и временной организации

| Критерий | Животные | Человек |

|----------|----------|---------|

| Острые эксперименты | Да (под наркозом) | Нет (этически недопустимо) |

| Хронические эксперименты | Да (вживлённые электроды, фистулы) | Да (длительное наблюдение, эндоскопия) |

| Неинвазивные методы | Ограниченно (приучение к аппаратуре) | Основной подход (ЭКГ, ЭЭГ, МРТ) |

| Функциональные пробы | Возможны (нагрузка, голодание) | Широко применяются (ортостатическая проба, тест с физической нагрузкой) |

> [!simple] Простыми словами:

> Физиологи изучают работу организма двумя путями: либо вмешиваются в процесс (у животного – под наркозом, у человека – только с его согласия и без повреждений), либо просто записывают электрические сигналы, давление, движение без вмешательства.

---

Методы исследования на животных

Острый эксперимент (вивисекция)

• Цель: изучение механизма функции органа или системы в условиях изолированного препарата (например, нервно-мышечный препарат).
• Особенности: животное находится под наркозом, часто применяют иммобилизацию (курареподобные вещества) для исключения двигательных помех.
• Достоинства: точный контроль параметров среды, доступ к глубоко расположенным органам.
• Недостатки: искажение физиологических регуляций из-за наркоза и операционного стресса.
• Пример: перевязка коронарной артерии у крысы для оценки ишемии миокарда.

> [!example] Пример: Острый опыт Клода Бернара

> Собака под наркозом. Введение глюкозы в вену и одновременное разрушение центра терморегуляции. Регистрация изменения температуры тела через термопару. Вывод: центр терморегуляции в гипоталамусе.

Хронический эксперимент

• Принцип: животное после хирургической операции выживает и используется многократно.
• Методики:
• Фистульные методики — наложение фистулы желудка, слюнной железы, желчного пузыря (классический пример — фистула желудка по Басову).
• Вживление электродов — стереотаксическая имплантация электродов в структуры мозга (гипоталамус, ретикулярная формация).
• Имплантация датчиков — телеметрические передатчики для регистрации ЭКГ, артериального давления, температуры в свободном поведении.
• Преимущество: исследование в условиях, близких к естественным, без влияния наркоза.
• Недостаток: техническая сложность, риск инфекции и раздражения при длительном вживлении.

Метод раздражения и регистрации

• Электрическая стимуляция нервов или коры мозга (через вживлённые или накладываемые электроды). Позволяет выявить функцию участка мозга (например, стимуляция моторной коры вызывает сокращение определённой группы мышц).
• Метод выключения (экстирпация или охлаждение участка мозга, введение антагонистов рецепторов). Например, удаление мозжечка у собаки — наблюдение атаксии, что доказывает роль мозжечка в координации движений.

---

Методы исследования на человеке

Все методы, применяемые к человеку, должны быть неинвазивными или минимально инвазивными (с согласия пациента) и не наносить вреда здоровью.

Функциональная диагностика — регистрация электрической активности

• Электрокардиография (ЭКГ)
• Суть: запись разности потенциалов между точками на поверхности тела, возникающих при деполяризации миокарда.
• Применение: диагностика аритмий, ишемии, гипертрофии.
• Отведения: стандартные (I, II, III), усиленные (aVR, aVL, aVF), грудные (V1–V6).

• Электроэнцефалография (ЭЭГ)
• Суть: регистрация суммарной электрической активности нейронов коры больших полушарий.
• Ритмы: альфа (расслабление), бета (активация), тета (сон, медитация), дельта (глубокий сон).
• Применение: диагностика эпилепсии, энцефалопатий, оценка глубины наркоза.

• Электромиография (ЭМГ)
• Суть: запись электрических потенциалов скелетных мышц (игольчатыми или накожными электродами).
• Применение: выявление денервации, миастении, патологии нервно-мышечной передачи.

• Электронейрография (ЭНГ)
• Суть: измерение скорости проведения возбуждения по нерву после его стимуляции.
• Применение: диагностика полинейропатий, компрессионных синдромов (синдром запястного канала).

Методы измерения давления, объёма и газового состава

• Артериальное давление — аускультативный метод Короткова (манжета и стетоскоп) или осциллометрический (автоматические тонометры).
• Плетизмография — изменение объёма конечности, пальца (например, пальцевая фотоплетизмография для оценки пульса).
• Спирометрия — измерение лёгочных объёмов и форсированного выдоха (жизненная ёмкость лёгких, ОФВ1). Применяется для оценки функции внешнего дыхания.
• Пульсоксиметрия — неинвазивное определение насыщения гемоглобина кислородом (SpO₂) путем поглощения света двух длин волн.

> [!example] Пример: Ортостатическая проба

> У пациента измеряют АД и ЧСС лёжа, затем встаёт. Повторное измерение через 1, 3, 5 минут. У здорового человека систолическое АД снижается не более чем на 10 мм рт.ст. При ортостатической гипотензии падение >20 мм рт.ст.

Методы функциональных нагрузок

• Физическая нагрузка — велоэргометрия или тредмил-тест с одновременной записью ЭКГ, АД, потребления кислорода. Оценка резервов сердечно-сосудистой системы, толерантности к нагрузке.
• Ментальная нагрузка — решение арифметических задач или условия стресса (тест Струпа) для оценки вегетативных реакций.
• Фармакологические пробы — введение атропина (блокада парасимпатики) или β-адреноблокаторов для оценки хронотропного резерва сердца.

Визуализирующие методы

• Ультразвуковое исследование (УЗИ) — допплер-эхокардиография (оценка кровотока, фракции выброса), УЗИ сосудов (лодыжечно-плечевой индекс).
• Магнитно-резонансная томография (МРТ) — структурная и функциональная (фМРТ) – основана на изменении кровотока при активации нейронов (BOLD-эффект). Позволяет картировать активность коры при различных видах деятельности.
• Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) — метаболическое картирование с использованием радиофармпрепаратов (фтордезоксиглюкоза для глюкозы).

Методы сбора жидкостей и биопсии (с инвазивностью)

• Забор крови (венозной, артериальной) для газового анализа, гормонов, биохимии.
• Катетеризация полостей сердца (зондирование — «золотой стандарт» для прямого измерения давления в камерах сердца, сатурации крови, сердечного выброса по Фику).
• Эндоскопия — бронхоскопия, гастроскопия, колоноскопия с биопсией слизистой.

---

Методы математической обработки и моделирования

• Спектральный анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР) — оценка активности симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы.
• Компьютерное моделирование физиологических процессов (модель сердечно-сосудистой системы, модель нейронных сетей).

> [!critical] Ключевой факт:

> Основное отличие методов исследования животных и человека — этический принцип. На животных разрешены острые опыты (под наркозом), хронические с вживлением датчиков, экстирпация органов. На человеке допустимы только неинвазивные или минимально инвазивные процедуры с добровольного согласия, не вызывающие необратимых повреждений.

---

Итог. Физиологические методы делятся на экспериментальные (острые и хронические на животных) и клинические наблюдения с функциональной диагностикой на человеке. Каждый метод решает конкретную задачу: от выяснения механизма работы нейрона (острый опыт на препарате) до оценки вегетативной регуляции у пациента (анализ вариабельности сердечного ритма).

Все вопросы раздела: Подготовка к экзамену по Нормальной физиологии