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Methodenartikel

Trainings Ratten Freiwillig Dive Unterwasser: Untersuchungen des Mammalian Diving Antwort

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DOI:

10.3791/52093

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12. November 2014

1Department of Physiology, Midwestern University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Es werden detaillierte Anweisungen gegeben, wie man Ratten trainiert, freiwillig unter Wasser durch ein 5 m langes Plexiglaslabyrinth zu tauchen. Da die Gehirne von Ratten sehr gut charakterisiert wurden, können freiwillig tauchende Ratten helfen, die zentralen Wege der Tauchreaktion von Säugetieren aufzuklären.

Zusammenfassung

Unterwasser erzeugt autonome Veränderungen, die bei praktisch allen tauchenden Tieren beobachtet werden. Diese reflexinduzierte Reaktion besteht aus Apnoe, einer parasympathisch induzierten Bradykardie und einer sympathisch induzierten Veränderung des Gefäßwiderstands, die den Blutfluss zu Herz, Gehirn und trainierenden Muskeln aufrechterhält. Während viele der metabolischen und kardiorespiratorischen Aspekte der Tauchreaktion bei Meerestieren untersucht wurden, fehlten Untersuchungen der zentralen integrativen Aspekte dieses Hirnstammreflexes bisher relativ. Da die Physiologie und Neuroanatomie der Ratte gut charakterisiert sind, kann die Ratte dazu verwendet werden, die zentralen Wege der Tauchreaktion von Säugetieren zu ermitteln. Es gibt eine detaillierte Anleitung, wie man Ratten das Schwimmen und freiwillige Tauchen unter Wasser durch ein 5 m langes Plexiglaslabyrinth trainiert. Es werden auch Überlegungen zur Tankkonstruktion und zu den Anforderungen an den Verfahrensraum angestellt. Das Verhaltenstraining wird so durchgeführt, dass die Stressbelastung, die sonst mit einem erzwungenen Untertauchen verbunden sein könnte, reduziert und so die Aktivierung zentraler Stresspfade minimiert wird. Die Schulungsverfahren sind technisch nicht schwierig, können aber zeitaufwändig sein. Da das Verhaltenstraining von Tieren nur ein Modell liefern kann, das mit anderen experimentellen Techniken verwendet werden kann, werden auch Beispiele dafür gegeben, wie freiwillig tauchende Ratten in Verbindung mit anderen physiologischen und neuroanatomischen Forschungstechniken verwendet wurden und wie die grundlegenden Trainingsverfahren möglicherweise modifiziert werden müssen, um diesen Techniken gerecht zu werden. Diese Experimente zeigen, dass freiwillig tauchende Ratten die gleichen kardiorespiratorischen Veränderungen aufweisen, die typischerweise bei anderen tauchenden Tieren beobachtet werden. Die Leichtigkeit, mit der Ratten darauf trainiert werden können, freiwillig unter Wasser zu tauchen, und die bereits verfügbaren Daten von Ratten, die in anderen neurophysiologischen Studien gesammelt wurden, machen freiwillig tauchende Ratten zu einem guten Verhaltensmodell, das in Studien verwendet werden kann, die die zentralen Aspekte der Tauchreaktion von Säugetieren untersuchen.

Einleitung

Die Tauchreaktion besteht aus einer Reihe von autonomen Reflexen, die bei Tieren aller Wirbeltierklassen 1 beobachtet werden. Als Reaktion auf das Eintauchen unter Wasser besteht diese reflexinduzierte Reaktion aus Apnoe, Bradykardie und einer Veränderung des Blutflusses, die den Fluss zum Herzen, zum Gehirn und zu den trainierenden Muskeln aufrechterhält, während der Fluss zu den Eingeweiden und nicht trainierenden Muskeln begrenzt wird 2. Viele der metabolischen und kardiorespiratorischen Aspekte der Tauchreaktion von Säugetieren sind gut untersucht 2,3, einschließlich derjenigen beim Menschen 4,5. Was jedoch bis vor kurzem relativ fehlte, ist die Untersuchung der zentralen integrativen Aspekte der Tauchreaktion. Was passiert im Hirnstamm und was ist der neuronale Schritt-für-Schritt-Weg, der afferente Inputs mit efferenten Outputs während dieses autonomen Reflexes verbindet? Um diese Fragen beantworten zu können, ist ein geeignetes Tiermodell erforderlich 6. Ein Sprichwort in der vergleichenden Physiologie, das Krogh-Prinzip 7, besagt, dass es für jede Forschungsfrage ein Tier der Wahl gibt, an dem das Problem am besten untersucht werden kann. Ein am besten geeignetes Tier, um die zentralen Aspekte der Tauchreaktion zu untersuchen, ist die Ratte 6,8. Dies ist zum großen Teil auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Gehirne von Ratten sowohl anatomisch als auch funktionell sehr gut charakterisiert wurden und viele Rattenhirnatlanten verfügbar sind 6. Darüber hinaus ist die Ratte besonders nützlich für die kardiorespiratorische Forschung, da die Physiologie der Ratte über alle wichtigen Organsysteme hinweg gut bekannt ist und die Ratte in der Systembiologie als Tiermodell angesehen wird 6. Schließlich ist die Laborratte die domestizierte Version des wilden Rattus norvegicus, eines Tieres, das routinemäßig unter Wasser schwimmt und taucht 6. Basierend auf diesen Überlegungen ist die Ratte eine gute Wahl für Studien, die die zentralen Aspekte der Tauchreaktion von Säugetieren untersuchen. Im Vergleich dazu wäre es viel schwieriger, die zentralen Aspekte der Reaktion von Säugetieren beim Tauchen mit Hilfe von Meerestieren zu untersuchen. Dies ist zum großen Teil darauf zurückzuführen, dass Meerestiere vergleichsweise große und ungleichmäßig große Gehirne haben und dass die Unterbringung dieser Tiere relativ schwierig und teuer ist.

Ratten wurden zuvor verwendet, um viele Aspekte der Reaktion von Säugetieren beim Tauchen zu untersuchen, hauptsächlich in Situationen, in denen erzwungenes Untertauchen unter Wasser 9-12 stattfand. Viele Studien an Meeres- und Wassertieren haben jedoch gezeigt, dass es eine unterschiedliche Reaktion auf das Tauchen geben kann, je nachdem, ob das Eintauchen erzwungen oder freiwillig erfolgt ist 2,13. Tauchende Tiere können beim erzwungenen Tauchen eine extrem starke Bradykardie aufweisen, beim freiwilligen Tauchen jedoch eine viel weniger starke Bradykardie. Der "Stress" des erzwungenen Untertauchens kann die kardiovaskulären Reaktionen beim Tauchen bei vielen Tieren erheblich verändern 14. Auch kleine Nagetiere wie Bisamratten zeigen beim erzwungenen Untertauchen eine intensivere Tauchreaktion als beim freiwilligen Tauchen 15,16. Wenn also Ratten verwendet werden sollen, um die zentralen Aspekte der Tauchreaktion von Säugetieren zu untersuchen, sollten sich die Forscher darüber im Klaren sein, dass eine Ratte, die gewaltsam unter Wasser getaucht wird, eine andere Reaktion hervorrufen kann als eine freiwillig tauchende Ratte.

Das Ziel dieses Artikels ist es, detaillierte Anweisungen zu geben, wie man Ratten trainiert, freiwillig unter Wasser zu tauchen. Diese Verfahren sind technisch nicht schwierig, können aber zeitaufwändig sein. Das Training wird so durchgeführt, dass der Stress, der sonst mit einem erzwungenen Untertauchen verbunden sein könnte, reduziert wird. Diese freiwillige Tauchtechnik soll die Aktivierung zentraler Stresspfade minimieren und somit eine bessere Untersuchung der zentralen Aspekte der Tauchreaktion ermöglichen. Das Training von Ratten, freiwillig unter Wasser zu tauchen, erzeugt für sich genommen keine Daten, die zur Untersuchung der zentralen Aspekte der Reaktion von Säugetieren beim Tauchen verwendet werden können. Daher werden auch Beispiele dafür gegeben, wie freiwillig tauchende Ratten in Verbindung mit anderen physiologischen und neuroanatomischen Forschungstechniken eingesetzt wurden und wie die grundlegende Tauchausbildung möglicherweise modifiziert werden muss, um diesen anderen Techniken gerecht zu werden.

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Protokoll

HINWEIS: beschriebenen Versuchsprotokolle hier bei Midwestern University durchgeführt wurden von der Midwestern University IACUC genehmigt.

1. Raumanforderungen

  1. Sichern Sie sich einen Eingriffsraum, die fließend heißem und kaltem Wasser in Betrieb war, und einen Weg, um das Wasser aus dem Tank in den Boden zu entfernen, typischerweise einen Abfluss.
  2. Verwenden Sie eine Studie Tisch, auf dem die Tauchtank platzieren. Da Zimmer mit Bodenabläufe werden in der Regel für die Entwässerung konturiert, abgeholzt Gummistopfen und sie unter den Tischbeinen, um sicherzustellen, dass die Tischplatte und somit die Wasseroberfläche im Tank, eben ist.

2. Tauchflasche

  1. Tauchen Behälterbau
    1. Konstrukt einen rechteckigen Behälter (100 x 60 x 15 cm) unter Verwendung von 3/4 Zoll dicken Plexiglas für die untere und 1/2 in Plexiglas für die Seitenwände (1). Dauerhaft zusammen mit Cyanacrylat Zement oder Solven befestigen die außerhalb Plexiglas Stücke des Tanksts wie Trichlormethan.
    2. Teilen Sie den Tank in 5 Kanälen jeweils etwa 100 cm in der Länge, mithilfe von Wechsel 1/2 Zoll dick Plexiglas in 85 x 15 cm Stücke schneiden. Dauerhaft platzieren Nuten in dem Boden und Kanten des Behälters, in die diese Kanalteiler in Position gesteckt werden.
    3. Suspend horizontalen Plexiglas Stücke aus den Kanalteiler, ein "Dach" für eine Unterwassertauch "Tunnel erstellen.
    4. In einer Ecke des Tanks Ort eine abnehmbare erhöhten Plattform, die "Zielbereich", für Ratten, die aus dem Wasser zu ziehen und Ruhe zwischen Schwimmen und Tauchen Studien. Ratten in der Regel Putzen und Wasser zu entfernen aus ihrem Fell, während im Zielbereich. Zeigen groß Seiten an den Rändern der Zielbereich, um sicherzustellen, die Ratten bleiben auf der Plattform zwischen den Trainings Studien.
    5. An der gegenüberliegenden Ecke des Tanks aus dem Zielbereich zu platzieren eine Kammer, die nur erlaubt unter Wasser Zugang zum Labyrinth. Auf dieser auswechselbaren "starten einrea "ist nur für Tauchversuche verwendet.
      HINWEIS: Zu Beginn eines Tauch Studie eine Ratte in das Wasser gesenkt, beim Sitzen auf einer Plattform in der Startkammer; damit diese Plattform wird als "Aufzug".
      HINWEIS: Verwenden Sie einen modularen Aufbau, wo der Startbereich, Zielbereich, und alle Kanäle Teiler sind abnehmbar aus dem Tank. 1) zur Erleichterung Befüllen und Entleeren Sie den Tank mit Wasser nach der Entfernung aller Kanalteiler, und 2) wenn eine Ratte bekommt desorientiert, vor allem unter Wasser, die Stücke können schnell demontiert, um die Ratte aus dem Rettungs werden: Diese wird aus zwei Gründen getan Wasser.
  2. Füllen und Leeren des Tanks mit Wasser
    1. Füllen des Tanks mit Wasser
      1. Zu Beginn jeder Trainingseinheit, füllen den Tank mit frischem 32 ° C Leitungswasser bis zu einer Tiefe von etwa 12 cm. Rühren Sie das Wasser im Tank zu warm oder kühl Taschen minimieren.
        HINWEIS: In der Regel dauert es etwa 2 Stunden bis 12 Ratten zu trainieren. Während dieser Zeitsinkt die Wassertemperatur um etwa 4 ° C. Am Ende der Trainingseinheit kühlt das Wasser auf ca. 28 ° C. Seit 30 ° C Wasser thermo an Ratten, mit diesen warmen Wasser, anstatt Wasser mit Raumtemperatur, wird der Wärmeverlust während repetitives Training zu minimieren.
    2. Entleeren Sie den Tank mit Wasser
      1. Am Ende jeder Trainingseinheit, lassen Sie das Wasser aus dem Tank mit einem großen Schlauch, wie ein 4 m langes Stück 1 Zoll Innendurchmesser Schlauch. Vollständig bedeckt den Schlauch in den Behälter, wodurch keine Lufteinschlüsse in dem Schlauch. Platzieren schnell ein Ende des Schlauchs in den Bodenablauf. Die sich ergebende Siphon-Effekt wird das Wasser aus dem Tank ablassen.
      2. Während die Panzer Ende des Schlauchs unter der Wasseroberfläche, um den Siphon zu halten, kippen Sie den Tank auf der Kante, um eine vollständige Entleerung des Wassers zu erleichtern.
        Hinweis: Alternativ und anstatt Absaugen, installieren Sie einen Wasserhahn in der Nähe der Basis des Tanks, und verbindenein Schlauch aus dem Tank tippen, um den Bodenablauf.

3. Ratte Allergen Überlegungen

  1. Einweghandschuhe tragen, wenn die Handhabung und das Training der Ratten. Die Handschuhe werden Kontakt mit dem Wasser in den Tank, die unweigerlich Rattenurin enthalten begrenzen.
    HINWEIS: Die Ratten werden während des Trainings nass werden, und das Zimmer wird mit einem "Wet-Ratte" Geruch gefüllt werden. Folglich prophylaktisches Regime von Antihistaminika verhindern oder die Effekte von Ratten-Allergien begrenzen. Trainer müssen möglicherweise auch Einwegstaubmasken oder N95-Masken zu tragen, sollten sie empfindlich auf Rattenallergene geworden.

4. Schwimmtraining

  1. Tägliche Schwimmtraining
    HINWEIS: Die persönliche Erfahrung zeigt, dass jüngere Ratten lernen das Labyrinth besser und schneller, und damit beginnen das Training mit 35 g frisch entwöhnt Ratten ist vorzuziehen, mit adulten Ratten.
    1. Füllen Sie den Tank mit Wasser. Siehe 2.2.1.
    2. Legen FinishBereich und Kanalteiler bis 5 Schwimmkanäle erstellen.
    3. Während der ersten Trainingseinheit zu senken sanft die Ratten mit der Hand in das Wasser etwa 3-5 cm von der Zielbereich.
      HINWEIS: Bei ihrer Einführung in Wasserratten wird unsicher erscheinen, wie sie die erste Begegnung das Gefühl des Schwebens. Die Ratten werden unkoordiniert paddeln etwa bei dem Versuch, einen Weg, um das Wasser zu verlassen zu lokalisieren und erreichte schließlich die nahe gelegene Zielgelände. Aufgrund ihrer angeborenen Fähigkeit zu schwimmen, in nachfolgenden Studien die Ratten werden in einem viel mehr koordiniert in Richtung Zielbereich schwimmen.
      Anmerkung: Die Unterstützung, die Ratten von unten, damit ihre Füße auf den Ermittlern Händen. Senken Sie die Ratten ins Wasser, und lassen Sie sie schwimmen weg von der Hand, anstatt sie achtlos ins Wasser.
    4. Zwischen Studien lassen die Ratten bleiben im Zielbereich für mindestens 1 min. Dies ist, damit die Ratten zu pflegen und zu erforschen, so dass sie sehen den Zielbereich als "sicherer" Ortzwischen Studien gehen. Dies steht im Gegensatz zu Grabbing eine Ratte, die gerade eine Studie abgeschlossen hat und sofort Positionierung wieder im Wasser, um den nächsten Versuch starten.
      HINWEIS: externe Belohnung (dh Lebensmittel) Verwenden Sie nicht während des Trainings, um die Aktivierung von Belohnungs Schaltungen im Gehirn zu verhindern.
    5. Nach der Zielbereich Wartezeit, sanft halten die Ratten für 1 min vor Beginn des nächsten Versuch. Die Ratten mit einem Handtuch während dieser vorgericht halten seit wiederholende Einstieg in das Wasser sanft trocknet Ratten verursachen sehr nass und trocknete sie wird Hypothermie verhindern.
    6. Wiederholen 4.1.3. durch 4.1.5. 3 bis 5 Studien abzuschließen für jede Ratte während einer täglichen Schwimmtraining geschult werden.
    7. Entfernen Sie alle Kanalteiler und Zielbereich aus dem Tank.
    8. Leeren Sie das Wasser aus dem Tank. Siehe 2.2.2.
  2. Wöchentliche schwimmen Trainingsplan
    1. Die täglichen Trainingseinheiten (siehe 4.1.) 5 Tage pro Woche, im Idealfall gleichzeitigjeden Tag.
    2. Beginnen Sie den ersten Versuch aus der Distanz erfolgreich am Vortag ausgehandelt. Beginnen Sie den zweiten und dritten Versuche von einem erhöhten Abstand.
    3. Bei jeder folgenden täglichen Trainingseinheit dabei den Abstand zwischen denen die Ratten im Wasser und im Zielbereich platziert. Für die ersten paar Trainingseinheiten erhöhen diesen Abstand von 5-10 cm. Nachdem die Ratten scheinen sich wohler mit Schwimmen, erhöhen die Abstände von 30-50 cm.
    4. Verwenden Sie größere Erhöhungen der Schwimmstrecken, während die Ratten lernen, mit einem geraden Abschnitt der baden-Kanal schwimmen. Im Gegensatz, zu lernen, die Haarnadel schwimmen schaltet zwischen den Kanälen vielleicht 2-3 Trainingseinheiten dauern.
      HINWEIS: Oft beim Warten im Zielraum, Ratten werden wieder ins Wasser, um zu schwimmen, und / oder untertauchen ihren Kopf unter Wasser noch auf dem Zielgelände Plattform sitzt.
    5. Wiederholen Sie diesen täglichen Trainingsprotokoll über 3 Wochen eine erfolgreiche Schwimm der gesamten 5 Kanälen zu gewährleisten.Diese sich wiederholenden Trainingsprotokoll sorgt für den erfolgreichen Abschluss des Labyrinths, zumal das Labyrinth abwechselnde links und rechts Haarnadelkurven.

5. Tauchkurse

HINWEIS: Nachdem die Ratten gelernt haben, erfolgreich zu verhandeln Schwimmen durch das Labyrinth sie bereit sind, Tauchausbildung beginnen.

  1. Initial Tauchausbildung (erster Tag)
    1. Legen Startkammer. Füllen Sie den Tank mit Wasser (siehe 2.2.1.). Stellen Sie sicher, Wasserstand 1 cm unterhalb der Öffnung zum Startbereich.
    2. Legen Zielbereich und Kanalteiler bis 5 Schwimmkanäle erstellen.
    3. Während des ersten Tauchgang trainieren die Ratten an der Aufzugs in das Wasser innerhalb der Startkammer gesenkt werden. Zugriff auf das Labyrinth ist von der Unterseite des Startkammer. Während dieser ersten Sitzung der Wasserstand niedrig genug ist, so dass die Ratte kann leicht von der Startkammer in das Labyrinth zu schwimmen. Lassen Sie die Ratte zum Schwimmen durch das Labyrinth, um fortzufahrenZielbereich.
    4. Zwischen Studien lassen die Ratten bleiben im Zielbereich für mindestens 1 min.
      HINWEIS: externe Belohnung (dh Lebensmittel) Verwenden Sie nicht während des Trainings, um die Aktivierung von Belohnungs Schaltungen im Gehirn zu verhindern.
    5. Nach der Zielbereich Wartezeit, sanft halten die Ratten für 1 min vor Beginn des nächsten Versuch. Die Ratten mit einem Handtuch während dieser vorgerichtlichen Halt vorsichtig trocknen.
    6. Wiederholen 5.1.3. durch 5.1.5. bis 3 Studien abzuschließen für jede Ratte während dieser anfänglichen Tauchtrainingseinheit trainiert werden.
    7. Entfernen Sie alle Kanalteiler, starten Kammer und Zielbereich aus dem Tank.
    8. Leeren Sie das Wasser aus dem Tank. Siehe 2.2.2.
  2. Initial Tauchausbildung (zweiter Tag)
    1. Legen Startkammer. Füllen Sie den Tank mit Wasser (siehe 2.2.1.). Stellen Sie sicher, Wasserstand etwas über der Öffnung zum Startbereich ist.
    2. Legen Zielbereich und Kanalteiler bis 5 Schwimmkanäle erstellen.
    3. Während des zweiten TauchgangTraining der Wasserstand erhoben worden, so dass die Startkammer die Ratte muss seinen Kopf unter dem Rand der Startkammer, um das Labyrinth betreten zu tauchen, um zu beenden. Betrachten Sie dies als ersten Tauchgang der Ratte. Lassen Sie die Ratte dann schwimmen weiter durch das Labyrinth zum Zielbereich.
    4. Lassen Sie die Ratten im Zielbereich bleiben für mindestens 1 Minute zwischen Studien.
      HINWEIS: externe Belohnung (dh Lebensmittel) Verwenden Sie nicht während des Trainings, um die Aktivierung von Belohnungs Schaltungen im Gehirn zu verhindern.
    5. Nach der Zielbereich Wartezeit, sanft halten die Ratten für 1 min vor Beginn des nächsten Versuch. Die Ratten mit einem Handtuch während dieser vorgerichtlichen Halt vorsichtig trocknen.
    6. Wiederholen 5.2.3. durch 5.2.5. bis 3 Studien abzuschließen für jede Ratte während dieser Tauchtrainingseinheit trainiert werden.
    7. Entfernen Sie alle Kanalteiler, starten Kammer und Zielbereich aus dem Tank.
    8. Leeren Sie das Wasser aus dem Tank. Siehe 2.2.2.
  3. Initial Tauchausbildung (tHird Tag)
    1. Legen Startkammer. Füllen Sie den Tank mit Wasser (siehe 2.2.1.), So dass der Wasserstand über der Öffnung zum Startbereich ist.
    2. Legen Zielbereich und Kanalteiler bis 5 Schwimmkanäle erstellen. Legen Sie eine horizontale Stück Plexiglas unmittelbar außerhalb des Startbereich, um eine 5 cm lange Tauch Tunnel erstellen.
    3. Während des dritten Tauchgang Training die Ratte muss seinen Kopf unter dem Rand der Startkammer tauchen und schwimmen 5 cm unter Wasser, um das offene Wasser des Schwimmkanal zu erreichen. Lassen Sie die Ratte dann schwimmen weiter durch das Labyrinth zum Zielbereich.
      HINWEIS: Nachdem im Startbereich platziert, Ratten initiieren eigene Unterwasserflutung und damit diese als "freiwillig" Tauchgänge sein.
    4. Lassen Sie die Ratten im Zielbereich bleiben für mindestens 1 Minute zwischen Studien.
      HINWEIS: externe Belohnung (dh Lebensmittel) Verwenden Sie nicht während des Trainings, um die Aktivierung von Belohnungs Schaltungen im Gehirn zu verhindern.
    5. Nach der Zielbereich Wartezeit, sanft halten die Ratten für 1 min vor Beginn des nächsten Versuch. Die Ratten mit einem Handtuch während dieser vorgerichtlichen Halt vorsichtig trocknen.
    6. Wiederholen 5.3.3. durch 5.3.5. 3 bis 5 Studien abzuschließen für jede Ratte während dieser Tauchtrainingseinheit trainiert werden.
    7. Entfernen Sie alle Kanalteiler, starten Kammer und Zielbereich aus dem Tank.
    8. Leeren Sie das Wasser aus dem Tank. Siehe 2.2.2.
  4. Wöchentliche Tauchtrainingsplan
    1. Die täglichen Trainingseinheiten (siehe 5.3.) 5 Tage pro Woche, idealerweise an der gleichen Zeit jeden Tag.
    2. Beginnen Sie den ersten Versuch aus der Distanz erfolgreich am Vortag ausgehandelt. Beginnen die zweiten und dritten Prozesse mit einem erhöhten Abstand Tauchen.
    3. Bei jeder folgenden täglichen Trainingseinheit erhöht die Länge des Tauchtunnel durch Hinzufügen zusätzlicher horizontaler Teiler, um den Abstand die Ratten müssen schwimmen unter Wasser zu verlängern. Für die ersten paar Trainingseinheiten Anstieg this Abstand von 5-10 cm. Nachdem die Ratten scheinen sich wohler mit Tauchen, erhöhen die Abstände von 30-50 cm.
      HINWEIS: überfordern nicht während aufeinander Studien versuchten Tauch Abstand. Falls notwendig, heben Sie das Ende des horizontalen Kanalabdeckung zu kürzeren Tauch Entfernungen bereitzustellen. Wenn während eines Tauchgangs Studie eine Ratte nicht das Ende des Tauchgangs Tunnel nicht erreichen und beginnt zu drehen um Unterwasser, schnell heben das Ende der Kanalabdeckung und lassen die Ratte an die Oberfläche und weiterhin seine schwimmen. Dies wird es der Ratte um einen längeren Tauchgang Distanz erfolgreich abzuschließen. Diese positive Verstärkung wird die Ratte halten, vorwärts durch den Unterwassertunnel mit jedem Tauchgang Studie.
    4. Verwenden Sie größere Erhöhungen der Tauch Distanzen, während die Ratten werden lernen, mit einem geraden Abschnitt der baden-Kanal tauchen. Im Gegensatz, zu lernen, um die Haarnadel tauchen schaltet zwischen den Kanälen vielleicht 2-3 Trainingseinheiten dauern.
      HINWEIS: Oft beim Warten im Zielraum, Ratten wird erneut eingeben thE Wasser zu schwimmen, und / oder tauchen den Kopf unter Wasser noch auf dem Zielgelände Plattform sitzt.
    5. Wiederholen Sie diesen täglichen Trainingsprotokoll über 3 Wochen eine erfolgreiche Tauch der gesamten 5 Kanälen zu gewährleisten. Diese sich wiederholenden Trainingsprotokoll sorgt für den erfolgreichen Abschluss des Labyrinths, zumal das Labyrinth abwechselnde links und rechts Haarnadelkurven.
      HINWEIS: Die volle 6 Wochen schwimmen und tauchen Trainingsplan mit dem Wachstum von 35 g frisch entwöhnt Ratten zusammenfällt, um ein Körpergewicht von 300 g zu erreichen.
    6. Nach dem täglichen Trainingseinheiten sind vollständig, und die Ratten in ihre eigenen Käfig zurückgegeben worden, sicherzustellen, Ratten schnell ihr Fell durch Pflege zu trocknen, oder, falls erforderlich, legen Sie ein Heizkissen unter ihrem Käfig, die Ratten warm halten, bis ihr Fell trocken ist.

6. Experimentelle Variationen

HINWEIS: Die grundlegende experimentelle Aufbau und Tiertrainings wurden oben beschrieben. Doch nur Verhaltenstraining provides ein Modell, um mit anderen experimentellen Techniken verwendet, um Daten von Interesse zu sammeln. Basisprotokolle modifiziert werden, um bestimmte Aspekte des Tauchantwort zu untersuchen. Beispiele für diese Modifikationen und einige Überlegungen für die Erfassung von Daten unter Verwendung dieser physiologischen und neuroanatomische Techniken sind unten angegeben.

  1. Implantierbare Telemetrie-Sender
    1. Nach Abschluss der Ausbildung eine handelsübliche telemetrischen Sendern pulsierenden arteriellen Blutdruck von Schwimmen und Tauchen Ratten übertragen. Erhalten lokalen IACUC Zulassung für Verfahren bezüglich der Operation und postoperative Erholung. Folgen Sie den Implantationsverfahren von der Gesellschaft für ihre Sender vorgeschlagen, und eine vollständige Erholung von der Operation vor der Rückkehr die Ratte in das Wasser.
    2. Sicherstellen, dass die Antenne empfängt das Funksignal in der Nähe ist, wenn die Ratte im Wasser.
      HINWEIS: Wasser dämpft Funksignale, so dass die Entfernung, die das Funksignal needs reise durch das Wasser wird zu einem begrenzenden Faktor der Behälterabmessungen.
    3. Verwenden Sie einen Handantennenstab, sondern als ein Rattenkäfig große Antenne, um die Ratte zu folgen, wie es durch das Labyrinth fortschreitet. Halten Sie den Zauberstab-Antenne innerhalb von 30 cm von der Ratte, um sicherzustellen, dass das Funksignal nicht verloren geht, während die Ratte unter Wasser.
  2. Trailing Kanülen
    1. Redesign der Kanalteiler und horizontale Stücke schaffen das Dach der Tauchtunnel, so dass die Kanüle Wegen entlang hinter der Ratte während der Progression durch das Labyrinth.
      HINWEIS: Der modulare Aufbau der Kanäle ist von größter Bedeutung und muss auch ermöglichen eine schnelle Wiederherstellung der Ratte aus dem Unterwasser-Labyrinth. Wenn eine Kanüle Haken und wurde von der Ratte verdrängt, konnte die Ratte bald ausbluten unter Wasser, wenn die Kanüle nicht schnell wieder angebracht.
    2. Verwenden Hinter arteriellen Kanülen zur arteriellen Blutdruck und Herzfrequenz in freiwillig tauchen Ratten aufzuzeichnen. Verwenden Sie ein 90 cm Stück PE50 alseine Hinter Kanüle.
      ANMERKUNG: Diese Kanülenlänge lang genug ist, um die Ratte mit dem Druckwandler zu verbinden, solange noch die Ratte durch das Labyrinth Fortschritt, ist aber kurz genug, um die Kanüle Totraum zu minimieren, und ist nahe genug an dem Druckwandler, um eine ausreichende Genauigkeit der zu ermöglichen arterielle Drucksignal.
    3. Verwenden Hinter venösen (oder arteriellen) Kanülen pharmazeutische Mittel, wie parasympathischen und sympathischen Agonisten und Antagonisten zu injizieren oder Tracern oder Farbstoffe, die die Verteilung der Herzleistung zu bestimmen, zu injizieren.
    4. Zurückzuziehen Blutproben von den Ratten mit der venösen (oder arteriellen) Kanülen während die Ratten unter Wasser zu Wasser Katecholamin-Spiegel oder der Blutchemie zu bestimmen.
      HINWEIS: Minimieren Sie die Länge der Hinter Kanüle und Konto für die Kanüle Totraum während Blutentnahmen.
  3. Nachweis der Aktiv Brainstem Neuronen
    1. Verwenden immunologischen Nachweis des Fos-Proteins an identify bestimmte Bereiche des Hirnstamms, der Teil des Tauchantwort.
      HINWEIS: Während sich wiederholende Einleitung einer kardio-Reflex, Hirnstammneuronen, die Teil dieser Reflexschaltung kann aktiviert werden und produzieren ein Protein namens Fos sind.
    2. Wiederholt tauchen Ratten durch das Labyrinth alle 5 min für 2 Stunden für insgesamt 24 Tauchgänge.
      HINWEIS: Andere Protokolle, die auch veran neuronalen Fos Herstellung kann auch verwendet werden. Zur Aktivierung von Neuronen im Hirnstamm Reaktion auf Stress beteiligt zu vermeiden, ist das Verhalten, das wiederholt wird, als Teil der Verhaltenstraining einbezogen werden.
  4. Blut Corticosteron-Gehalte während Tauchen
    1. Verwenden Corticosteron als Indikator für die Höhe der Belastung Ratten Erfahrung beim Schwimmen und Tauchen.
    2. Um Blut für Corticosteron Analyse zu erhalten, ziehen 0,1 ml Blutproben aus der Schwanzvene von Ratten 15 min nach 3 freiwillige schwimmt oder Tauchgänge.
      HINWEIS: Vorläufige Experimente zeigten, dass 15 min ist suffizient Zeit für die Produktion und Freisetzung von Corticosteron in den Kreislauf zu ermöglichen und zu einer Peakplasmaspiegel Corticosteron. Seit Corticosteron Ebenen haben einen circadianen Rhythmus, planen alle Blutentnahmen zur gleichen Tageszeit und entsprach mit dem Timing der Trainingseinheiten.

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Ergebnisse

Erfolgreicher Abschluss der beschriebenen Schwimmen und Tauchen Trainingsverfahren können den Stress von Ratten erlebt beim Tauchen unter Wasser zu verringern. Blut Corticosteron Ebenen zeigen, dass wiederholte tägliche Training verringert den Leidhaftigkeit mit freiwilligen Tauchen verbunden sind, und ausgebildete Ratten finden Tauchen nicht mehr Stress als die täglich von einem Menschen (Abbildung 2; 17) abgewickelt. Umgekehrt, Ratten nicht in der Tauchprotokoll geschult finden freiwillige ...

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Diskussion

Ratten in ihren verwilderten bilden können und tun, nutzen halbaquatischen Umwelt und oft tauchen unter Wasser, während der Nahrungssuche 6. So ist es nicht allzu überraschend, dass Ratten können sehr leicht trainiert, freiwillig unter Wasser tauchen werden. Die beschriebenen Trainingsverfahren kann bis 6 Wochen, die neu entwöhnt Ratten zu einer Körpergröße in den meisten erwachsenen Rattenhirn Atlanten verwendet (~ 300 g) bringen wird dauern. So sind die Gehirne von diesen ausgebildete Tiere werden leichter ...

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Offenlegungen

Der Autor ist Berater für Stölting Company, und vorausgesetzt, das gesamte Design und die Spezifikationen der McCulloch Tauchflasche Maze, um sie für kommerzielle Zwecke.

Danksagungen

Forschung mit Mitteln des Midwestern University Office of Research und geförderten Programmen unterstützt. Auch dank der Midwestern University Tierhaltung und Erik Warren.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
McCulloch Tauchtank MazeStoelting Company60139
1 Zoll Schlauch mit Innendurchmesser Fisher14-169-63Zum Befüllen oder Entleeren von Tanks
Plexiglas Nagetier-Rückhaltevorrichtung (Economy Rückhaltesystem mit flachem Boden)BraintreeFB-M/L Für erzwungene Tauchgänge
Telemetrische Sender DSIModell PA-C40 (270-0040-008)Zur Übertragung des pulsierenden arteriellen Blutdrucks
AntennenstabDSIModell RLA 3000 (272-5007)Wird verwendet, um sicherzustellen, dass sich die Funkantenne in der Nähe des Senders befindet, während die Ratte das Unterwasserlabyrinth durchquert
Intramedic PE50, 0,023" IDFisher14-170-12BWird als Maske für die N95-Schleppkanüle
verwendet - Moldex #2300N SeriesFisher19-003-246DZur Begrenzung der Inhalation von Rattenallergenen
Tragbarer

Referenzen

  1. Butler, P. J., Jones, D. R. Advances in Comparative Physiology and Biochemistry. Lowenstein, O. 8, Academic Press. 179-364 (1982).
  2. Butler, P. J., Jones, D. R. Physiology of diving birds and mammals). Physiol. Rev. 77, 837-899 (1997).
  3. Butler, P. J. Metabolic regulation in diving birds and mammals. Resp. Physiol. Neurobiol. 141, 297-315 (2004).
  4. Foster, G. E., Sheel, A. W. The human diving response, its function, and its control. Scand. J. Med. Sci. Sports. 15, 3-12 (2005).
  5. Lindholm, P., Lundgren, C. E. G. The physiology and pathophysiology of human breath-hold diving. J. Appl. Physiol. 106, 284-292 (2009).
  6. McCulloch, P. F. Animal models for investigating the central control of the mammalian diving response. Front. Physiol. 3, 1-16 (2012).
  7. Krogh, A. The progress of physiology. Am. J. Physiol. 90, 243-251 (1929).
  8. Panneton, W. M., Gan, Q., Juric, R. The rat: a laboratory model for studies of the diving response. J. Appl. Physiol. 108, 811-820 (2010).
  9. Lin, Y. C. Autonomic nervous control of cardiovascular responses during diving in the rat. Am. J. Physiol. 227, 601-605 (1974).
  10. Lin, Y. C., Baker, D. G. Cardiac output and its distribution during diving in the rat. Am. J. Physiol. 228, 733-737 (1975).
  11. Huang, T. F., Peng, Y. I. Role of the chemoreceptors in diving bradycardia in the rat. Jap. J. Physiol. 26, 395-401 (1976).
  12. Fahlman, A., Bostrom, B. L., Dillon, K. H., Jones, D. R. The genetic component of the forced diving bradycardia response in mammals. Front. Physiol. 2, 1-7 (2011).
  13. Blix, A. S., Folkow, B. Handbook of Physiology. Shepher, J. T., Abboud, F. M. , American Physiological Society. 917-944 (1984).
  14. Kooyman, G. L. Diverse Divers. 200, Springer-Verlag. (1989).
  15. MacArthur, R. A., Karpan, C. M. Heart rates of muskrats diving under simulated field conditions: persistence of the bradycardia response and factors modifying its expression. Can. J. Zool. 67, 1783-1792 (1989).
  16. McCulloch, P. F., Jones, D. R. Cortical influences on diving bradycardia in muskrats (Ondatra zibethicus). Physiol. Zool. 63, 1098-1117 (1990).
  17. McCulloch, P. F., Dinovo, K. M., Connolly, T. M. The cardiovascular and endocrine responses to voluntary and forced diving in trained and untrained rats. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 298, 224-234 (2010).
  18. Panneton, W. M., Gan, Q., Dahms, T. E. Cardiorespiratory and neural consequences of rats brought past their aerobic dive limit. J. Appl. Physiol. 109, 1256-1269 (2010).
  19. Chotiyanonta, J. S., DiNovo, K. M., McCulloch, P. F. Bilateral sectioning of the anterior ethmoidal nerves does not eliminate the diving response in voluntarily diving rats. Physiol. Reports. 1, (2013).
  20. Panneton, W. M., Anch, A. M., Panneton, W. M., Gan, Q. Parasympathetic preganglionic cardiac motoneurons labeled after voluntary diving. Front. Physiol. 5, 1-10 (2014).
  21. McCulloch, P. F., Ollenberger, G. P., Bekar, L. K., West, N. H. Trigeminal and chemoreceptor contributions to bradycardia during voluntary dives in rats. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 273, 814-822 (1997).
  22. Ollenberger, G. P., Matte, G., Wilkinson, A. A., West, N. H. Relative distribution of blood flow in rats during surface and submerged swimming. Comp. Biochem. Physiol. A. 119, 271-277 (1998).
  23. Ollenberger, G. P., West, N. H. Distribution of regional cerebral blood flow in voluntarily diving rats. J. Exp. Biol. 201, 549-558 (1998).
  24. McCulloch, P. F. Activation of the trigeminal medullary dorsal horn during voluntary diving in rats. Brain Res. 1051, 194-198 (2005).
  25. Panneton, W. M., et al. Activation of brainstem neurons by underwater diving in the rat. Front. Physiol. 3, 1-13 (2012).
  26. McCulloch, P. F., Panneton, W. M. Activation of brainstem catecholaminergic neurons during voluntary diving in rats. Brain Res. 984, 42-53 (2003).
  27. McCulloch, P. F. Globosa neurons: a distinct subgroup of noradrenergic neurons in the caudal pons of rats. Brain Res. 964, 164-167 (2003).
  28. Panneton, W. M. The mammalian diving response: an enigmatic reflex to preserve life. Physiology. 28, 284-297 (2013).

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