Die Messung der Herzfrequenz während einer thermischen Herausforderung gibt Einblick in physiologische Reaktionen von Organismen als Folge akuter Umweltveränderungen. Mit dem amerikanischen Hummer (Homarus americanus) als Modellorganismus beschreibt dieses Protokoll die Verwendung der Impedanz-Pneumographie als einen relativ nichtinvasiven und nichttödlichen Ansatz zur Messung der Herzfrequenz bei wirbellosen Wirbellosen im späten Stadium.
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Methodenartikel
Impedanz-Pneumographie zur minimalinvasiven Messung der Herzfrequenz bei Wirbellosen im Spätstadium
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Die Temperaturen in den Ozeanen steigen infolge der weitverbreiteten Veränderungen des Weltklimas rapide an. Da die Physiologie des Organismus stark von der Umgebungstemperatur beeinflusst wird, hat dies das Potenzial, die thermische physiologische Leistungsfähigkeit in einer Vielzahl von Meeresorganismen zu verändern. Mit dem amerikanischen Hummer (Homarus americanus) als Modellorganismus beschreibt dieses Protokoll die Verwendung von Impedanz-Pneumographie, um zu verstehen, wie sich die Kardialleistung in Wirbellosen im späten Stadium unter akutem thermischem Stress verändert. Das Protokoll stellt eine minimal-invasive Technik dar, die eine Echtzeit-Erfassung der Herzfrequenz während eines Temperatur-Ramping-Experiments ermöglicht. Daten können leicht manipuliert werden, um ein Arrhenius-Diagramm zu erzeugen, das verwendet wird, um arrhenius Bruchtemperatur (ABT) zu berechnen, die Temperatur, bei der die Herzfrequenz beginnt, mit steigenden Temperaturen zu sinken. Diese Technik kann in einer Vielzahl von Wirbellosen im späten Stadium (z. B. Krebse, Muscheln oder Garnelen) eingesetzt werden. Obwohl sich das Protokoll ausschließlich auf die Auswirkungen der Temperatur auf die Herzleistung konzentriert, kann es modifiziert werden, um das Potenzial für zusätzliche Stressoren (z. B. Hypoxie oder Hyperkapnie) zu verstehen, um mit der Temperatur zu interagieren, um die physiologische Leistung zu beeinflussen. Daher hat die Methode das Potenzial für weitreichende Anwendungen, um besser zu verstehen, wie wirbellose Meerestiere auf akute Veränderungen in der Umwelt reagieren.
Einleitung
In den letzten Jahrzehnten hat die zunehmende Initigung von Treibhausgasen (d. h. Kohlendioxid, Methan und Lachgas) in die Atmosphäre zu weit verbreiteten Mustern der Umweltveränderung geführt1. Die Weltmeere erwärmen sich schnell2,3, ein Trend, der schwerwiegende Auswirkungen auf die Physiologie des Organismus haben kann. Die Temperatur beeinflusst stark die physiologischen Raten, und Organismen haben einen optimalen Temperaturbereich für Leistung4,5,6. Als solche, Einzelpersonen können Schwie....
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Protokoll
1. Ausrüstungsaufbau
- Wrap klare, formbare Schläuche um sich selbst, um eine wärmeaustauschende Spule zu schaffen, die etwa 8–10 cm im Durchmesser ist und Verlängerungen von 40–70 cm Länge hat. Sichern Sie die Spule mit elektrischem Klebeband.
- Befestigen Sie die Wärmeaustauschspule an der externen Zufuhr und den Rücklaufarmaturen eines Kühl-/Heizwasserbades. Stellen Sie sicher, dass die Verbindung mit Schlauchklemmen sicher ist.
- Füllen Sie den Brunnen des kühl-/heizzirkulierenden Wasserbades mit Umkehrosmose (RO) Wasser und schließen Sie das Netzkabel an einen Ausgang an. Schalten Sie das Wasserbad ein und stellen Sie sicher, dass es keine....
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Ergebnisse
Dieses Protokoll beschreibt die Verwendung der Impedanz-Pneumographie, um Echtzeitdaten für Herzfrequenz (in Spannung) und Temperatur während eines Temperatur-Ramping-Experiments zu erhalten. Bei der Perforierung dieser Technik variiert die Amplitude der gemessenen Spannungen und Temperaturen je nach experimentellem Design und fokalen Arten. Der in Echtzeit angezeigte Spannungsausgang folgt jedoch einer generischen Sinusverteilung, wenn das Protokoll korrekt implementiert wird (Abbildung 1A).......
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Diskussion
Dieses Protokoll beschreibt die Verwendung der Impedanz-Pneumographie, um Veränderungen der Herzfrequenz von Wirbellosen im späten Stadium während eines Temperatur-Ramping-Experiments zu messen. Der Hauptvorteil dieser Technik im Vergleich zu anderen Labor-basierten Ansätzen9,10,11 ist, dass es minimal-invasiv ist und keine größere chirurgische Manipulation des Exoskeletts beinhaltet, wodurch die Menge der Erholungszeit vor dem .......
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Offenlegungen
Die Autoren haben nichts zu verraten.
Danksagungen
Die Autoren danken Paul Rawson für die Laborunterstützung und dem Preis der National Science Foundation IIA-1355457 an Maine EPSCoR an der University of Maine für die Mittel für den Kauf von Geräten. Dieses Projekt wurde vom USDA National Institute of Food and Agriculture, Hatch Projektnummer MEO-21811 durch die Maine Agricultural and Forest Experiment Station sowie dem NOAA National Marine Fisheries Service Saltonstall Kennedy Grant #18GAR039-136 unterstützt. Die Autoren danken auch drei anonymen Rezensenten für ihre Kommentare zu einer früheren Version dieses Manuskripts. Maine Agricultural and Forest Experiment Station Publikation Nummer 3733.
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| 1,6 mm (1/16 Zoll) Bohrer | Milwaukee Tool at Home Depot | 1001294900 | Dies ist für einen Bohrer mit einem Durchmesser von 1,6 mm (1/16 Zoll). Diesen Artikel finden Sie in den meisten Baumärkten. |
| 38 AWG Kupfer-Lackdraht | TEMCo | MW0093 | Dieser Draht wird verwendet, um die Drahtelektrodenleitungen herzustellen, die in die Probanden implantiert werden. Dieses Angebot gilt für eine 4-Unzen-Spule mit 38-Gauge-Magnetdraht. TemCo verfügt auch über einen 36-Gauge-Magnetdraht, der sich auch für den Bau von Drahtelektroden eignet. |
| Cyanacrylat-Kleber | Loctite | 852882 | Dieser Artikel enthält eine Pinselspitze, die es einfacher macht, die Menge an Klebstoff zu kontrollieren, die zur Befestigung der Elektroden am Panzer verwendet wird. |
| Ethanol, 70%ige Lösung, Molekularbiologie | Fisher BioReagents | BP82931GAL | Dieses Reagenz wird in Kombination mit den sterilen Wattebäuschen verwendet, um den Panzer vor der Elektrodenimplantation zu desinfizieren. |
| Excel | Microsoft | N/A | Dieses Programm wird im Protokoll zum Organisieren, Bearbeiten und Analysieren von Daten verwendet. Es ist sowohl mit PC- als auch mit Mac-Betriebssystemen kompatibel. |
| Fisherbrand 8-teiliges Präparierset | Fisher Scientific | 08-855 | Dieses Set enthält die Pinzette, die Schere, das Präpariermesser (und die Klingen) und die Präpariernadel, die für die Durchführung der Elektrodenimplantationsschritte im Protokoll erforderlich sind. |
| Fisherbrand Isotemp Umwälzthermostate für gekühltes/beheiztes Bad: 5,4-6,5 l, 115 V/60 Hz | Fisher Scientific | 13-874-180 | Dies ist ein komplettes System, das aus einem Tauchthermostat und einem Bad besteht. Es kann als temperaturgesteuertes Bad oder zur Zirkulation von Flüssigkeit außerhalb einer Anwendung verwendet werden. Der Temperaturbereich dieses Wasserbades beträgt -20 bis +100 &de; C, und das Gerät heizt/kühlt schnell ab und lässt sich nach Beendigung des Gebrauchs leicht entleeren. |
| Fisherbrand Sterile Wattebällchen | Fisher Scientific | 22-456-885 | Diese Tupfer sollten in 70%igem Ethanol getränkt werden, bevor sie zur Desinfektion des Panzers vor der Elektrodenimplantation verwendet werden. |
| Gabelterminal, rotes Vinyl, konifizierte Naht, 22 bis 16 AWG, 100 PK | Grainger | 5WHE6 | Klemmen werden mit dem Magnetdraht verlötet, um die Drahtelektroden zu konstruieren. Diese können bei einer Vielzahl von Baumärkten erworben werden. |
| Impedanzwandler | UFI | Modell 2991 | Misst Impedanzänderungen, die mit sehr kleinen Spannungsänderungen von 0,2 Ohm bis über 5 Ohm korrelieren. Dieses Modell kann Impedanzänderungen, die sich aus Widerstands-, Kapazitäts- oder Induktivitätsschwankungen ergeben, sowie eine Kombination aus allen dreien umwandeln. |
| LabChart-Software | ADInstruments | N/A | Beim Kauf des PowerLab-Datenloggers ist die LabChart-Software enthalten, aber eine Lizenz für die Software kann auch direkt online heruntergeladen werden. LabChart ermöglicht es dem Benutzer, Daten aufzuzeichnen, LabChart-Dateien zu öffnen und zu lesen, Daten zu analysieren sowie Dateien zu speichern und zu exportieren. Es gibt eine kostenlose Version der Software, LabChart Reader, aber Benutzer können LabChart-Dateien nur öffnen, lesen und analysieren (d. h. sie kann nicht zum Aufzeichnen, Speichern oder Exportieren von Datendateien verwendet werden). Sie haben auch die Möglichkeit, LabChart Pro auszuwählen, das LabChart-Unterrichtsmodule enthält, die für Bildungszwecke verwendet werden können. |
| LED-Lötkolben | Grainger | 28EA35 | Dies ist ein generischer Lötkolben, mit dem der Magnetdraht an die Gabelklemmen gelötet werden kann, um die Drahtelektroden herzustellen. |
| PowerLab Datenlogger | ADInstruments | ML826 | Es gibt eine Vielzahl von Modellen des PowerLab. Diese Katalognummer gilt für das Modell 2/26, einen 2-Kanal-Rekorder mit einer Auflösung von 16 Bit, zwei analogen Eingangskanälen, unabhängig wählbaren Eingangsempfindlichkeiten, zwei unabhängigen Analogausgängen für Stimulation oder Impulserzeugung und einem Trigger-Eingang. Das PowerLab verfügt über eine breite Palette von Tiefpassfiltern, AC- oder DC-Kopplung und adaptiven Netzfiltern. Dieses Gerät verfügt über eine USB-Schnittstelle für den Anschluss an Windows- oder Mac OS-Computer und eine Abtastrate von 100.000 Abtastungen/s pro Kanal. |
| Prism8 | GraphPad | N/A | Dieses Programm bietet eine zusätzliche Option zur Berechnung der Arrhenius-Bruchtemperatur durch seine " Segmentale lineare Regression" Option zur Datenanalyse. Dieses Programm erfordert keine Programmierung und ist sowohl mit Mac- als auch mit Windows-Betriebssystemen kompatibel. |
| R | R Project | N/A | Dies ist eine kostenlose Software für statistisches Rechnen, die sowohl mit UNIX-Plattformen als auch mit Windows- und Mac-Betriebssystemen kompatibel ist. Dieses Programm kann auch verwendet werden, um die Arrhenius-Pausentemperatur mit dem " segmentiert" Paket. Es gibt eine Reihe von Tutorials und Benutzerhandbüchern, die online über die r-project.org-Website verfügbar sind. |
| 331856 | Dieses | Produkt hat einen Durchmesser von 0,76 mm (0,031 Zoll) und ist ideal für den Einsatz zum Löten von Lautsprecherdraht (ähnliche Dicke wie Magnetdraht für Elektroden). | |
| SAS | SAS Institute | N/A | Dieses Programm bietet eine zusätzliche Option zur Berechnung der Arrhenius-Breaktemperatur. Es erfordert jedoch eine Programmierung und ist nicht mit Mac-Betriebssystemen kompatibel. |
| SigmaPlot | Systat Software, Inc. | N/A | Dies ist das von den Autoren bevorzugte Programm zur statistischen Bestimmung der Arrhenius-Bruchtemperatur. Die " Regressions-Assistent" ist einfach zu bedienen und erfordert keine Programmierung. Vor dem Kauf kann man eine kostenlose 30-Tage-Testlizenz erwerben. Es ist jedoch nur mit PC-Computern kompatibel. |
| T-type Pod | ADInstruments | ML312 | Geeignet für die Messung von Temperaturen von 0-50 &Grad; C mit Thermoelementen vom Typ T. |
| T-Typ-Thermoelement-Sonde | ADInstruments | MLT1401 | Kompatibel mit dem T-Typ-Pod für den Anschluss. Messung von Temperaturen bis zu 150 & Grad; C und eignet sich zum Eintauchen in verschiedene Lösungen, halbfeste Stoffe und Gewebe (enthält eine Nadel zur Implantation). Bei diesem Produkt handelt es sich um eine isolierte Sonde mit einem Durchmesser von 0,6 mm, die mit chemikalienbeständigem Teflon ummantelt ist und eine Anschlusslänge von 1,0 m hat. |
| UV-Kabelbinder, schwarz | Home Depot 295813 | Dies ist für ein 100er-Pack mit 8 Zoll (20,32 cm) Kabelbindern, schwarz. Je nach Größe der Probanden können jedoch kleinere oder größere Kabelbinder benötigt werden. Dieser und ähnliche Artikel können in jedem Baumarkt gekauft werden. |
Referenzen
- Stocker, T. F., et al. Climate Change 2013: The Physical Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. , Cambridge University Press. Cambridge, UK, and New York, NY, USA. (2013).
- Pershing, A. J., et al.
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Nachdrucke und Genehmigungen
