A békaszív mőködésének vizsgálata „in situ” A szív és a vele kapcsolatban levı vérerek rendszere nem csak anatómiai, hanem mőködési egység is. A szív vért pumpáló munkája idézi elı a vér folyamatos áramlását az erekben. A szív és a vérérrendszer (vagyis a kardio-vaszkuláris mőködés) tanulmányozása során vizsgáljuk a gerinces szív összehúzódásainak gyakoriságát (a szívverés frekvenciáját), illetve az összehúzódásainak mértékét (az összehúzódásával létrejött elmozdulást, illetve az összehúzódás erejét) mint függı változót; e két fontos változó a szív ingerületképzı és ingerületvezetı rendszerének funkciói, az elektromos és mechanikai mőködésének következményei. Megfigyeljük, hogy hogyan befolyásolja a szívmőködést a szív különbözı részeinek hımérsékletváltozása a változó testhımérséklető (poikiloterm) állatban. A vizsgálatok egy részét az élettani kísérletek klasszikus objektumán, béka szívén végezzük. Ennek a gyakorlatnak az a célja, hogy megfigyeljük a szív mőködésének két megnyilvánulását: a szívverés frekvenciáját és az összehúzódás mértékének változását olyan készítményen, amelyben megırizzük a szív és a vérkeringési rendszer viszonylagos épségét, magát a szivet a normális anatómiai helyén („in situ”) hagyjuk. A kísérleti hipotézisünk az, hogy a változó testhımérséklető (termokonformer vagy poikiloterm) békában a szív különbözı részeinek melegítése, illetve hőtése befolyásolja a szívmőködés két vizsgált változóját, mert a béka külsı környezete hımérsékletének megfelelı reprezentánsa a melegítés, illetve a hőtés, és a hımérséklet megváltozása megváltoztatja a béka szervezetének anyagcseréjét, amihez a szívmőködésnek valamelyest igazodnia kell. Egy másik kísérletben kimutatjuk a sinus venosus elsıdleges (normotóp, nomotópiás ) ingerületképzı szerepét, de a másodlagos és harmadlagos (potenciális, ektópiás) ingerületképzı helyek létezését és mőködését is.
A felhasznált anyagok és eszközök, programok A kísérleteket már korábban beszerzett kecskebéka fajcsoport egyedein végezzük. Szükségesek hozzá a következık: békapad, kézimőszer-készlet, béka Ringer-oldat, Pasteurpipetta, 0 Cº-os, szobahımérséklető (tehát mintegy 20 Cº-os), illetve 40 Cº-os vízzel feltöltött, U alakú csırendszer vizespalackokkal és állvánnyal, melegítı, illetve hőtı üvegkacs, szerafin csipesz, fonal, elmozdulásérzékelı, biológiai erısítı, személyi számítógép monitorral, Analyze nevő számítógépes adatfeldolgozó és –megjelenítı program, nyomtató.
A preparátum elkészítése Dekapitálás és a gerincvelı elroncsolása után a békát a békapadon a hátára fektetjük, és gombostőkkel rögzítjük a végtagokat. A sternum végét csipesszel felemeljük, a bırt és az izomzatot innen kiindulva a vállak felé haladva háromszög alakban felnyitjuk. A sternum felemelése után a kulcscsontokat (a vállöveket) is átvágjuk úgy, hogy a belsı szerveket és a szívet ne sértsük meg. Az így eltávolított részek alatt feltőnik a szívburokba zárt szív. A szív burkát a szemészeti csipesszel és a kisollóval óvatosan felnyitjuk, majd a szív csúcsára helyezzük csíptetve a fonallal (vagy drótszállal) ellátott szerafint; ennél fogva emeljük fel a szívet, és az azt rögzítı kis kötıszövetes szerafin
kamra sinus venosus
szalagot (a frenulumot) is átvágjuk. Végül a szív körül a béka testfalát is lerögzítjük gombostőkkel, hogy a szív összehúzódásai ne az egész állatot emelgessék. A szerafin fonalát
csatlakoztatjuk
elmozdulásérzekelı
az átalakítóhoz
(transzducerhez), és a fonalat a manipulátor Az elkészített preparátum képe. A kamra csúcsára csíptetett szerafin az elmozdulás érzékelıhöz van rögzítve.
segítségével kissé megfeszítjük, hogy a szív összehúzódásai a transzducer nyelvét kissé mozgassák. Az átalakító a szívösszehúzódás
elıidézte elmozdulást elektromos jelekké alakítja, amelyek a megfelelı erısítés után jutnak a számítógépbe. A számítógép és az erısítı bekapcsolása, majd az Analyze program aktiválása után indulhat a mérési adatok beállítása, majd felvétele.
A mérés kivitelezése Az Analyze programban kiválasztjuk a „Measure” feladatot, amely az adatok felvételéhez szükséges. A „Monitor” állásban csak megtekinteni lehet a regisztrátumot; az elmentéshez a „Record” gomb lenyomandó (és meg kell adni a file nevét). A mérés és az elmentés is a „Stop” gombbal bármikor leállítható. A „ch” csatornaválasztó gomb valamelyikére válasszuk ki az „1. ch.”-t, hogy a jel ezen a csatornán jelenjen meg. A csatorna jelének erısítése a „gain” gombjaival változtatható (az erısítın beállított értékhez képest is). A mintavételi frekvenciát („sampling rate”) állítsuk 100 Hz-re. A „screen length” olyan legyen, hogy a jel jól észlelhetı
sebességgel haladjon át a képernyın (10-20 s). A „file length” szabja meg a regisztrátum elmentésének idıtartamát; lejártával a mentés megszőnik. Itt általában 180-300 s elegendı. A kék mezıben megjelenı koordinátarendszer tengelyeinek osztását úgy állítsuk be, hogy a 0 vonal lehetıleg középtájon vagy inkább az alsó harmadban legyen, és a terheletlen alapvonal a 0 közelében mozogjon; a regisztrátum amplitúdója (legnagyobb kitérése) férjen bele az ablakba. Ezért az ablak mellett jobb oldalt levı gombok is használhatók a regisztrátum ilyetén beállítására. Amikor azután a „Monitor” állásban a regisztrátum már a legjobbnak tőnik, akkor megkezdhetjük a regisztrátum elmentését („Record”). Az elmentendı regisztrátum a beállított idıtartamon belül három részbıl áll: az elsı a beavatkozás nélküli kontroll, majd következik a beavatkozási szakasz és végül az utolsó a lecsengés szakasza. A beavatkozás elejét a „Marker on” lenyomásával, a végét a „Marker off” lenyomásával jelöljük az elmentett regisztrátumon (a beavatkozás idıtartama alatt egy vastag vonal húzódik a regisztrátum alatt). A helyesen beállított rendszerben a kísérlet (és elmentése) végeztével új file-ban regisztrálandó a kalibrációs súlyok okozta elmozdulás is; így a méréssel azonos feltételek (beállítások) mellett végezzük el a kalibrálást is (hogy a regisztrátum ordinátája ne önkényes feszültségegység, hanem súlyerı legyen).
A regisztrátum kiértékelése Az elmentett regisztrátumok kiértékeléséhez kattintsunk a program „Analyze” menüpontjára. Válasszuk a „Continuous mode”-ot. Ekkor a kék mezıben levı koordinátarendszer alatt egy táblázat jelenik meg; ide kerülnek a regisztrátum általunk kijelölt pontjainak koordinátái (x1; y1, majd x2; y2, stb.). Ezekbıl fogja kiszámítani a program az ismétlıdések idıintervallumát (x2 – x1), illetve a pontok közötti kitérési távolságokat (y2 – y1). Ezért mindig páros számú pont értékét kell beírni a táblázatba. Egy adat (pl. intervallum vagy amplitúdó) mindig két pont koordinátáiból számolódik. A „File”, majd az „Open” aktiválásával behívjuk a kiértékelendı, korábban elmentett file-ok egyikét. A megfelelı méretőre állított regisztrátum egyes részei a „Zoom”, majd az „Expand”, illetve a „Compress” gombok lenyomásával az idıben megnyújthatók, illetve összenyomhatók, az amplitúdójuk is megduplázható vagy felére csökkenthetı. A „Zoom selection” gombbal a regisztrátum egy része (pl. a kontroll, a beavatkozási, a lecsengési vagy bármely más szakasza) külön kiválasztható. Ezután a megfelelı nagyságúra állított kiemelt szakasz csúcspontjaira kattintva azok koordináta-adatait az „Add” lenyomásával a táblázatba visszük. Összesen legalább 10 pont
pár adatait vigyük be (az adat párok n számát is jelzi a program). Amikor az adatbevitelnek vége, nyomjuk meg a „Newblk” gombot; ekkor az adatsor lezárul, és a program kiszámítja az intervallumokat, az amplitúdókat, az amplitúdók felének pontos helyét („tone”), valamint mindezek átlagát és szórását. Az ábra feliratozása a „Text” lenyomásával már itt is elvégezhetı; de megtehetjük ezt a Word-be történı átvitel („Copy + Picture”: a kék mezıben levı kép megy át; „Copy + Block means”: az adatok átlaga, szórása és az adatok száma vihetı át). A Word-ben a „Paste”ra kattintva jelennek meg a kép, illetve a számadatok. A Word-ben feliratozott és megszerkesztett ábrák, és a megfelelı szakaszok alatt a kiértékelt adataik száma (n), átlaga (¯ x) és szórása (σ) kerülnek kinyomtatásra.
Egyes mérési feladatok Elıször is figyeljük meg a szív egyes részeinek összehúzódási sorrendjét, azonosítsuk a szívciklus egyes fázisait a regisztrátumon. A regisztrátum felsı és alsó csúcsainak kijelölése alapján majd értékeljük ki az egyes (kontroll és beavatkozási) szakaszokon belül az amplitúdók átlagát és szórását, a kamrai összehúzódások csúcsai közötti idıintervallumokat, illetve a frekvenciájuk átlagát és szórását.
1/ Figyeljük meg a sinus venosus hőtésének, majd melegítésének hatását a szívverés frekvenciájára és amplitúdójára. A file-ba mérés során elıször vegyük fel az alap (kontroll) görbét (mintegy 30 másodperc, legalább 10 felsı és 10 alsó csúcs). Az üvegkacsot érintsük a sinus venosushoz, és áramoltassunk
szobahımérséklető
(mintegy
20
Cº-os)
vizet
az
üvegkacsban.
A
beavatkozáskor 0 Cº-os vizet áramoltassunk az üvegkacsban mintegy 50 másodpercig. Ezután hagyjuk felmelegedni a szívet szobahımérsékletre ilyen hımérséklető víz átáramoltatásával; ez a lecsengés is legyen benne az elmentett regisztrátumban. Várjuk meg, amíg a mőködés ismét stabilizálódik. A mérés újraindítása után ismételjük meg a mérést most meleg víz átáramoltatásával.
2/ Figyeljük meg a kamraizomzat hőtésének, majd melegítésének hatását a szívverés frekvenciájára és amplitúdójára.
Az alapgörbe felvétele után helyezzük az üvegkacsot a szívkamra munkaizomzatára, és így ismételjük meg a méréseket két új file-ba.
3/ A szív ingerületképzı és –vezetı rendszerének vizsgálata az ún. Stannius-ligatúrák segítségével. Ebben a kísérletben fokozatosan elválasztjuk egymástól a szív elsıdleges (nomotópiás) és alárendelt (ektópiás) ingerület- (ritmus-) képzı részeit olyan módon, hogy az onnan elvezetı ingerületvezetı rendszert lekötjük (ligáljuk). Vezessük a fonalat elıször a sinus venosus alá, hurkoljuk meg, majd a mérıprogram és a mentés elindítása után regisztráljuk az (alap vagy kontroll) szívmőködést 20-30 másodpercig. Ezután folyamatos regisztrálás mellett kössük el a szívet a sinus venosus és a pitvar között (ez az I. Stannius-ligatúra). Ekkor a szív általában megáll, ami a regisztrátumon is jól látható. Néhány perc múlva a szívverés újra elindulhat. Ha ez megtörténik, rögzítsük a megváltozott adatokat is. Ezután kössük el a szívet a pitvar és a kamra határán (ez a II. Stannius-ligatúra). A csoport egyik fele a Stannius I., a másik fele a Stannius II. ligatúrának hatását tanulmányozhatja. Figyeljük meg a pitvar és a kamra eltérı mőködését.
A jegyzıkönyvbe kerüljön be az eredeti teljes regisztrátum a három (kontroll, beavatkozási és lecsengési) szakaszával, az egyes szakaszok alatt a megfelelı szakasz átlagai és szórásai az adatok számával. Értékeljük az egyes szakaszok adatainak átlagát és szórását egymáshoz képest mind a négy esetben (sinus hőtés, melegítés; kamra hőtés, melegítés), és próbáljuk megállapítani, hogy az eltérések statisztikailag szignifikánsak-e. Magyarázzuk meg az eltéréseket (Megbeszélés fejezetben). Értelmezzük a Stannius-ligatúrák után kapott görbéket is. A görbék alapján állapítsuk meg, hogy melyek a békaszív ingerület- (ritmus-) képzı régiói.
