„Žába je nejčastějším laboratorním zvířetem, se kterým se pracovníci různých specializací zabývají. . Své seznamování s naukou o životě začíná školák pitvou tohoto malého zvířete. Každý biolog a lékař se znovu setká se žábou na vysoké škole a mnozí z nich se po celý život neustále obracejí k žábě jako k nejpříhodnějšímu a nejnázornějšímu experimentálnímu objektu.“
K tomu lze dodat, že právě pokusy na žábách umožnily stanovit základní zákonitosti fungování nervů, svalů, srdce, hladkého svalstva a mnoha dalších orgánů a tkání.
V dnešní době je žába stále hlavním objektem, na kterém vědci provádějí své první experimenty.
Nejčastějšími úkoly pro začínající biology jsou snad studie fungování žabího srdce. Experimentální protokoly a postupy jsou popsány v tisících příruček a workshopů ve všech jazycích světa. Kvůli nedostatku správných dovedností však experimentátor zpočátku nevidí přesně to, co je zobrazeno v příručkách.
Nabízíme k prohlédnutí a prostudování několik reálných fotografií a videoklipů, které vysvětlují stavbu a fungování žabího srdce. Všechny záznamy byly pořízeny během jednoho experimentu na žábě Rana temporaria.
Vnější struktura srdce.
Srdce žab se nachází v hrudní a břišní dutině pod hrudní kostí. Jeho obecná struktura z dorzální a ventrální strany a ze strany (vpravo) je znázorněna na Obr. 1 : 1 — oblouk aorty; 2 – pravá síň; 3 – štětina zasunutá do otvoru pod truncus arteriosus; 4 – aortální bulbus (arteriální kužel); 5 – levá síň; 6 – arteriální kmen; 7 – koronální drážka; 8 – komora; 9 – přední (kraniální) vena cava; 10 – plicní žíly (v bočním pohledu pouze pravá žíla); 11 – venózní sinus; 12 – zadní (kaudální) vena cava; 13 – zevní jugulární žíla; 14 – innominátní žíla; 15 – podklíčková žíla).
Tradičně se věří, že srdce obojživelníků se skládá ze tří komor, dvou síní a jedné komory. Přísně vzato to není tak úplně pravda. Srdce obsahuje další dvě části, jasně oddělené jako samostatné komory u nižších obratlovců: ryb, obojživelníků a některých plazů. Jedná se o sinus venosus (žilní sinus) a conus arteriosus (bulv aorty).
Venózní sinus je tenkostěnná komora vzniklá splynutím duté žíly – zadní (kaudální) a dvou předních (kraniální), levé a pravé. Sinus se nachází na dorzální straně srdce a lze jej vidět, pokud je srdeční vrchol jemně vytažen dopředu směrem k hlavě.
Svalový conus arteriosus se nachází ventrálně mezi komorou a krátkým truncus arteriosus (je součástí cévního systému), ze kterého vychází levý a pravý aortální oblouk. Arteriální kmen nepřiléhá k ventrálnímu povrchu síní, lze pod něj protáhnout tenký vlas (seta „3“ na obr. 1).
Svalové stěny sinus venosus a conus arteriosus se stahují a do určité míry se podílejí na pohybu krve.
Navenek se však arteriální kužel neliší od velké nádoby. Mezi dutou žílou a venózním sinem také není jasná hranice, nelze jednoznačně určit, kde dutá žíla končí a kde začíná venózní sinus.
Proč jsou sinus venosus a conus arteriosus považovány za součást srdce a ne za součást cévního systému? To bylo provedeno na základě charakteristik embryonálního vývoje srdce a krevních cév. Během embryogeneze srdce, včetně venózního sinusu, síně (síní), komory (komor), arteriálního kužele, vzniká z jednoho rudimentu a cévy z jiného. U teplokrevných živočichů je v určité fázi vývoje dobře patrný i sinus venosus a conus arteriosus. Poté se venózní sinus přemění na sinusový uzel (kardiostimulační zóna, kardiostimulátor), umístěný ve stěně pravé síně, a conus arteriosus se přemění na bezsvalový prstenec umístěný na hranici mezi levou komorou a aortou. Sinusový uzel teplokrevných živočichů je tedy homologem venózního sinu nižších obratlovců.
Pacemaker (anglicky „pacemaker“, pacemaker) určuje rytmus srdečních kontrakcí. Existují specializovaná svalová vlákna, která mají automatiku. V kardiomyocytech kardiostimulátoru spontánně s určitou periodicitou vznikají excitační vlny, které se pak postupně šíří do myokardu síní, komory a conus arteriosus. Na hranicích různých částí srdce (u žáby, mezi venózním sinem a síněmi, síní a komorou, komorou a conus arteriosus) je excitační vlna vedena nižší rychlostí a se zpožděním dochází k vedení vzruchu doprovázeného stejným zpožděním vlny kontrakce.
Žilní dutina srdce žáby komunikuje s pravou síní prostřednictvím širokého foramen ovale, obklopeného svalovým sinoatriálním prstencem. Kontrakce sinoatriálního prstence částečně brání zpětnému toku krve z pravé síně do sinus venosus. Nejsou zde žádné další ventilové struktury.
Plicní žíly, nesoucí provzdušněnou krev, se před vstupem do levé síně spojují do společné plicní žíly. Ani zde nejsou žádné skutečné ventily.
Přední dutá žíla vzniká splynutím zevní jugulární, podklíčkové a innominátní žíly. Krátká zadní dutá žíla vychází z jater.
Síně jsou od komory odděleny koronární rýhou. Dělí srdce na přední část (síně, příchozí a odchozí cévy) a zadní část (komora).
Vně srdce obklopuje osrdečník, který si lze představit jako tenkostěnný vak přetažený přes srdce z jeho hrotu. Vnitřní vrstva perikardu (nebo epikardu) je vnější vrstva srdce. Mezi epikardem a vnější vrstvou osrdečníku se v perikardiální dutině nachází perikardiální tekutina. Hranice připojení vnější vrstvy osrdečníku ke stěnám srdce a cév je na obr. 1 znázorněna tečkovanou čarou.
V srdci žáby jsou koronární cévy přítomny pouze ve stěnách conus arteriosus. Tkáně venózního sinu, síní a komory jsou zásobovány kyslíkem díky čerpané krvi.
Síňový myokard nepřechází přímo do myokardu komor. Kontakt mezi nimi se provádí prostřednictvím relativně kompaktního svazku specializované svalové tkáně umístěné v oblasti atrioventrikulárního otvoru, který je společným vstupem pro pravou a levou síň. Existují dobře definované atrioventrikulární cípové chlopně.
In situ studie funkce srdce žáby
U všech zvířat srdce funguje dobře při optimální úrovni intrakardiálního tlaku. Velká ztráta krve, vedoucí ke snížení přívodu krve do srdce, vede ke snížení síly srdečních kontrakcí. Proto by měla být příprava prováděna opatrně, bez poškození velkých nádob.
Anestetizovaná žába je znehybněna zničením centrálního nervového systému přes foramen magnum. Imobilizovaná žába se přišpendlí zpět na experimentální stůl a kůže na ventrální ploše se opatrně odřízne malými nůžkami (obr. 2). V oblasti ramenního pletence v bočních zónách je mnoho větví kožní tepny a zde by měl být řez blíže k ose těla.
Po odstranění kožní chlopně je třeba nůžky a pinzetu opláchnout vodou a osušit.
Mezi různými svaly na břišní ploše dobře vyniká přímý břišní sval (obr. 3). Břišní žíla je jasně viditelná podél osy těla. Pokud najedete kurzorem na oblast s odstraněnou kůží, objeví se diagram (projekce) kostí ramenního pletence. Pomocí malé pinzety na straně břišní žíly se uchopí okraj chrupavčité části hrudní kosti (os sternum) a zvedne se nahoru. Svalová stěna břišní dutiny se otevírá vedle pinzety pomocí špiček ostrých nůžek. POZOR: Břišní žíla u kaudálního okraje hrudní kosti probíhá svisle dolů (k pozorovateli) a je třeba dbát na to, aby se nepřeřízla. Bez snížení okraje hrudní kosti pokračuje řez podél ní vlevo a vpravo až ke kostem corvid (os coracoideum). Pak se velkými nůžkami přestřihnou corvidní kosti, claviculae (claviculae), střih pokračuje do přední části presterna (episternum) a celý tento svalový lalok se odstraní. Poté se propíchnou přední nohy a okraj dolní čelisti žáby, aby se rozšířilo operační pole.
Pomocí tenké pinzety a ostrých nůžek se z ventrální plochy srdce odstraní parietální vrstva osrdečníku, načež se komora, ventrální části síní, bulbus a oblouky aorty jasně zviditelní (obr. 4). U letních a podzimních žab je koronární rýha (hranice mezi síněmi a komorou) často vyplněna žlutohnědou tukovou tkání, která obsahuje cévy. Ve stěnách síní jsou pod binokulárním mikroskopem jasně viditelné světelné provazce – snopce svalových vláken na vnitřním povrchu síní (trabekuly). Srdce je ze tří stran obklopeno laloky jater a v kaudální části operačního pole je dobře patrný namodralý žlučník.
 | Při větším zvětšení jsou v epikardu viditelné četné černé výběžkové buňky – melanocyty (Obr. 5). Takové buňky lze pozorovat podél průběhu mnoha cév. Například společný ústí plicních žil se při malém mikroskopickém zvětšení v důsledku nahromadění melanocytů jeví téměř černé. Melanocyty určují celkovou barvu kůže žáby. V laboratorních podmínkách jsou změny barvy kůže žáby dobrými indikátory funkčního stavu zvířat. Nízká vlhkost, nadměrné osvětlení, půst, vysoká teplota (u našich žab více než +20 o C) vedou k zesvětlení žab. Při vysoké vlhkosti a nízké teplotě kůže žáby ztmavne. Funkční význam melanocytů v epikardu pro srdeční funkci nebyl studován. |
Zapnutí videoklipu vám umožní sledovat sekvenční stahy síní a komory (Klip 1). Všimněte si zřetelného časového zpoždění mezi systolou síní a komor. Toto zpoždění je typické pro srdce všech zvířat, která mají srdce komorová (obratlovci a měkkýši). Atrioventrikulární zpoždění zvyšuje účinnost srdce, protože Během tohoto období má většina krve ze síní čas přesunout se do komory.
In situ kmeny aorty táhnou základnu srdce dorzálně. Pro vyšetření perikardiálních cév v blízkosti dorzálních částí síní by proto měla být komora mírně vytažena v kaudálním směru pomocí serfinky. Surfový hák je lehká svorka vyrobená z elastického drátu. S jeho pomocí je pečlivě uchopen vrchol komory. Podélná osa surfu by se měla shodovat s podélnou osou srdce. Na surfovací prstenec se nejprve přiváže ligatura (nit), pomocí které experimentátor propojí srdce s kymografem a dalšími senzory.
Mírné protažení srdce v kraniálně-kaudálním směru (vlevo na obr. 6) nám umožňuje lépe vyšetřit prvky ventrálního aortoarteriálního systému a vidět některé oblasti žilní části srdce (obr. 6). Obě síně, bulbus aorty, kmen aorty, oblouky aorty se stanou jasně viditelnými a níže v hloubce jsou patrné základy přední duté žíly. Některé znaky stavby žilního řečiště jsou při větším zvětšení vidět na následujícím obrázku (obr. 7). V levém horním kvadrantu obrázku se promítá část levé síně, není v ohnisku videokamery a pod nimi jsou patrné hlavní žíly tvořící levou přední (kraniální) dutou žílu.
Ve videoklipech doprovázejících tyto fotografie (Klip 2, Klip 3) měli byste věnovat pozornost sledu kontrakcí duté žíly, síní, komory a conus arteriosus.
Tato pozorování ukazují, že v srdci žáby dochází zpočátku k excitaci a kontrakci v oblasti vena cava, poté dochází k systole síní, komory a conus arteriosus.
Pozorování normálních srdečních kontrakcí ukazuje, že v tuto chvíli je zdrojem srdečního rytmu (kardiostimulátor) úsek venózního sinu přilehlého k levé duté žíle (3. klip).
Ke studiu šíření aktivity v primární zóně kardiostimulátoru, včetně ústí duté žíly a venózního sinu, by měla být provedena další chirurgická intervence. Přitáhneme-li hrot komory dopředu směrem k hlavě, vidíme dorzální plochu síní a komory (obr. 8). Ukazuje se, že přibližně v horní třetině je dorzální část komory spojena s osrdečníkem srdeční báze tenkým vazivovým provazcem – frenulem srdce. Zbytky perikardu a uzdičky vypadají jako namodralé průsvitné filmy pojivové tkáně.
Na videoklipu (Klip 4) je zřejmé, že uzdička výrazně omezuje pohyby komory in situ. Jakákoli metoda záznamu srdečních tepů žáby in situ vyžaduje řezání uzdičky srdce. To je nezbytná podmínka pro úspěšné experimenty.
Po odstranění uzdičky a zbytků osrdečníku mezi síněmi a dutou žilou se jasně zviditelní oblast sinus venosus (obr. 9). Vpravo je to dobře viditelné po posunutí komory doleva vzhledem k ose těla zvířete (na obrázku dolů) (obr. 10). Žíly jsou naplněny krví a jejich hranice jsou snadno identifikovatelné. Zadní dutá žíla je velmi krátká, na to je třeba pamatovat při provádění experimentů. Ligace a řezy při izolaci srdce by měly být provedeny blíže k jaternímu okraji žíly, jinak může dojít k poškození žilního sinu a izolované srdce se přestane stahovat.
Všimněte si světelného prstence na hranici sinus venosus a pravé síně. Tento svalový prstenec (sinoatriální prstenec, obr. 9) se nachází mezi dvěma komorami (venózní sinus a pravá síň), aktivně se stahuje a částečně plní funkci chlopně.
Fáze kontrakce různých úseků venózního sinu na pravé straně srdce lze analyzovat pomocí (Klip 5). Za normálních podmínek závisí posloupnost šíření vzruchu na stavu duté žíly, venózního sinu a blízkých oblastí srdce.
Zóny primární elektrické aktivity, které určují rytmus srdečních kontrakcí, se mohou pohybovat při změně funkčního stavu srdce. To se děje jak normálně, tak při zhoršení vnějších podmínek. Dlouhodobé zkušenosti v podmínkách in vitro, zahřátí srdce žáby na více než 20 o C, vede k výskytu arytmií. Nejprve je narušeno vedení vzruchu ze síní do komory a poté dochází pouze ke kontrakcím vena cava a venózního sinu. Normálně můžete analyzovat sekvenci kontrakcí v této zóně Klip 6. Další klip (Klip 7) ukazuje změny ve fungování venózního sinu a síní po 15 minutách. Došlo k úplné sinoatriální blokádě, excitační vlna nepřechází do síní, místem blokády je sinoatriální prstenec.
Nozdrachev A.D., Polyakov E.L. Anatomie žáby. (Laboratorní zvířata). M., Vyšší škola”, 1994. S. 320.
Terentyev P.V. Žába. (Laboratorní zvířata). M., 1950. S. 345.
Minkoff E.C. Laboratorní průvodce anatomií žáby. N.-Y., 1975.
199034, Petrohrad, nábřeží Universitetskaya, 7.-9
© St. Petersburg State University, 2006-2017
Obojživelníci (Amphibia) patří mezi nejprimitivnější suchozemské obratlovce, zaujímají mezipolohu mezi suchozemskými a vodními obratlovci: rozmnožování a vývoj probíhá ve vodním prostředí a dospělí jedinci žijí na souši.
Kůže Všichni obojživelníci mají hladkou, tenkou kůži, která je relativně snadno propustná pro kapaliny a plyny. Struktura kůže je charakteristická pro obratlovce: rozlišuje se vícevrstvá epidermis a samotná kůže (corium). Kůže je bohatá na kožní žlázy, které vylučují hlen. Pro někoho může být hlen toxický nebo může usnadňovat výměnu plynů. Kůže je dalším orgánem výměny plynů a je vybavena hustou sítí kapilár.
Tělo je rozděleno na hlavu, trup, ocas (v caudates) a pětiprsté končetiny. Hlava je pohyblivá a spojená s tělem. Kostra se dělí na sekce: axiální skelet (páteř); kostra hlavy (lebka); kostra párových končetin.
Páteř je rozdělena do 4 částí: krční, trup, křížová a ocasní. Počet obratlů se pohybuje od 7 u bezocasých po 200 u beznohých.
Svalstvo se dělí na svaly trupu a končetin. Svaly trupu jsou segmentované. Skupiny speciálních svalů zajišťují komplexní pohyby pákových končetin. Svaly levátor a depresor jsou umístěny na hlavě.
Například u žáby jsou svaly nejlépe vyvinuté v čelistech a končetinách. Ocasní obojživelníci (mloci ohniví) mají také vysoce vyvinuté ocasní svaly.
Dýchacími orgány obojživelníků jsou: plíce (speciální dýchací orgány vzduchu); kůže a slizniční výstelka orofaryngeální dutiny (další dýchací orgány); žábry (u některých vodních obyvatel a u pulců).
Oběhový systém je uzavřený, srdce je tříkomorové s promícháváním krve v komoře (kromě bezplicních mloků, kteří mají srdce dvoukomorové). Tělesná teplota závisí na okolní teplotě.
Oběhový systém se skládá ze systémového a plicního oběhu. Vzhled druhého kruhu je spojen se získáním plicního dýchání. Srdce se skládá ze dvou síní (v pravé síni je krev smíšená, převážně venózní a v levé – arteriální) a jedné komory. Uvnitř stěn komory se tvoří záhyby, které brání promíchání arteriální a venózní krve. Z komory vystupuje arteriální kužel vybavený spirálovou chlopní.
Všichni obojživelníci se živí pouze mobilní kořistí. Jazyk se nachází na dně orofaryngeální dutiny. U bezocasých zvířat je jeho přední konec připojen ke spodní čelisti, při chytání hmyzu je jazyk vyhozen z tlamy a je k němu připojena kořist. Čelisti mají zuby, které slouží pouze k držení kořisti. U žab se nacházejí pouze na horní čelisti.
Do orofaryngeální dutiny ústí vývody slinných žláz, jejichž sekret neobsahuje trávicí enzymy. Z orofaryngeální dutiny se potrava dostává přes jícen do žaludku a odtud do dvanácterníku. Zde ústí vývody jater a slinivky břišní. Trávení potravy probíhá v žaludku a dvanáctníku. Tenké střevo přechází do konečníku, který tvoří prodloužení – kloaku.
Oči jsou podobné očím ryb, ale nemají stříbřité a reflexní membrány, stejně jako srpovitý výběžek. Pouze Proteové mají nedostatečně vyvinuté oči. Existují úpravy pro fungování ve vzduchu. Vyšší obojživelníci mají horní (kožená) a spodní (průhledná) pohyblivá víčka. Membrána niktitace (u většiny anuranů místo spodního víčka) plní ochrannou funkci. Nejsou zde žádné slzné žlázy, ale existuje Harderova žláza, jejíž sekret zvlhčuje rohovku a chrání ji před vysycháním. Rohovka je konvexní. Čočka má tvar bikonvexní čočky, jejíž průměr se mění v závislosti na osvětlení; akomodace nastává v důsledku změn vzdálenosti čočky od sítnice. Mnoho lidí má vyvinuté barevné vidění.
Čichové orgány fungují pouze ve vzduchu a jsou zastoupeny párovými čichovými vaky. Jejich stěny jsou lemovány čichovým epitelem. Otevírají se ven nosními dírkami a do orofaryngeální dutiny choanami.
V orgánu sluchu je nový úsek – střední ucho. Zevní sluchový otvor je uzavřen bubínkem, napojeným na sluchovou kůstku – třmeny. Stapes se opírá o oválné okénko, které vede do dutiny vnitřního ucha a přenáší na něj vibrace ušního bubínku. Pro vyrovnání tlaku na obou stranách bubínku je středoušní dutina spojena s dutinou orofaryngeální sluchovou trubicí.
Orgánem hmatu je kůže, která obsahuje hmatová nervová zakončení. Vodní zástupci a pulci mají orgány postranní linie.
V životním cyklu obojživelníků se jasně rozlišují čtyři stádia vývoje: vajíčko, larva, metamorfóza, imago.
Většina obojživelníků žije na vlhkých místech, střídavě na souši a ve vodě, ale existují i některé čistě vodní druhy a také druhy, které žijí výhradně na stromech. Nedostatečná adaptabilita obojživelníků k životu v suchozemském prostředí způsobuje náhlé změny v jejich životním stylu v důsledku sezónních změn životních podmínek. Obojživelníci jsou schopni dlouhodobého zimního spánku za nepříznivých podmínek (zima, sucho apod.). U některých druhů se může aktivita změnit z noční na denní, protože teploty v noci klesají. Obojživelníci jsou aktivní pouze v teplých podmínkách. Při teplotě +7 – +8 °C většina druhů upadá do strnulosti a při -2 °C hyne. Někteří obojživelníci ale dokážou vydržet delší mrazení, vysychání a také regenerují významné ztracené části těla.
