Ein schwimminduziertes Zebrafisch-Übungsgerät für vielseitige Trainingsansätze

In der Zebrafischforschung kann körperliche Bewegung mit kommerziell erhältlichen oder speziell angefertigten Schwimmtunneln durchgeführt werden. Hier haben wir ein benutzerfreundliches Übungssystem mit hohem Durchsatz für Zebrafische entwickelt, bei dem Materialien verwendet werden, die leicht verfügbar sind. Der Aufbau orientiert sich am realen Zugriffsverhalten des Zebrafisches.

Um die Effizienz des Geräts zu testen, wurden zwei Übungsprotokolle verwendet. Kontinuierliches Training mit mittlerer Intensität und hochintensives Intervalltraining. Um die vom Durchflusssensor angezeigte Wasserdurchflussgeschwindigkeit zu überwachen, verwenden wir einen Arduino Nano, einen 16 x 2 großen LCD-Bildschirm, einen 10-Kiloohm-Einviertelwatt-Durchsteckwiderstand und ein 10-Kiloohm-Potentiometer.

Bauen Sie die Komponenten gemäß dem angegebenen Schema zusammen. Mit einer Perf-Platine, einem Lötdraht, einem Lötkolben, einem Draht und drei Steckern. Laden Sie den mitgelieferten Arduino-Sketch mit einem entsprechenden USB-Kabel über die Arduino IDE.

Die Wasserdurchflussrate, die Zeit seit dem letzten Zurücksetzen in Minuten und die Geschwindigkeit des Wassers werden auf dem LCD-Bildschirm angezeigt. Verwenden Sie für die Montage des Wasserumwälzsystems PVC-Rohre mit einem Durchmesser von drei Viertelzoll und Anschlüsse mit einem Durchmesser von drei Viertelzoll. Es ist notwendig, zwei Wasserauslässe zu schaffen.

Die erste leitet das Wasser aus dem Hauptstrom zurück zum Reservoir, und die zweite leitet die Strömung zum Fischübungsbereich. Fügen Sie ein globales Ventil hinzu, um den Rückfluss zu regulieren. Fügen Sie ein oberes Wasserauslassventil hinzu, um den Wasserfluss in den Trainingsbereich zu regulieren.

Befestigen Sie einen T-Anschluss am oberen Ventil. Beachten Sie, dass es notwendig ist, ein Netz in den Anschluss in der Nähe des Ventils einzubauen, um zu verhindern, dass Fische in den unteren Teil des Geräts gelangen. Fügen Sie in der T-Verbindung ein globales Ventil hinzu, das als Tor für den Ein- und Ausgang von Fischen aus dem System dient.

Befestigen Sie das Acrylrohr an der T-Verbinder. Befestigen Sie als Nächstes den Durchflusssensor am Acrylrohr. Beachten Sie, dass es notwendig ist, ein Sieb im Rohr zu platzieren, um zu verhindern, dass Fische passieren.

Schließen Sie das teilmontierte Gerät an die Tauchpumpe im Wasserbehälter an. Um die Wasserumwälzung aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, den Schlauch nach dem Durchflusssensor an den letzten Teil des Geräts anzuschließen. Schließen Sie abschließend den Durchflusssensor an den Monitor an, um die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers zu überwachen.

Beachten Sie, dass es sich hierbei um Verbinder handelt, die in der richtigen Reihenfolge angeschlossen werden müssen. Jetzt ist es einsatzbereit. Bevor der Zebrafisch in das Gerät gegeben wird, muss die Strömung eingestellt werden.

Öffnen Sie dazu zunächst beide Durchflussregelventile vollständig, damit die Blasen aus dem System austreten können, und halten Sie das Fischeinlass- und -auslassventil geschlossen. Stellen Sie als Nächstes den Durchfluss auf die maximale Geschwindigkeit von ca. 0,6 Metern pro Sekunde ein. Dies sorgt für eine präzisere Durchflusseinstellung mit dem oberen Ventil.

Fangen Sie den Fisch und schließen Sie dann das obere Ventil, um den Wasserfluss zu stoppen. Öffnen Sie dann das nächste Ventil, das als Eintrittstor für die Fische dienen wird, vollständig. Es ist wichtig, dass die Ventilöffnung nach oben zeigt.

Schließen Sie unmittelbar danach das Einlassventil und öffnen Sie das Durchflussregelventil. Es ist möglich, eine kleine Gruppe von bis zu sechs Fischen zu platzieren, die alle auf einmal eingesetzt werden sollten. Um die Fische zu entfernen, schließen Sie das obere Ventil vollständig, drehen Sie das Fischeinlassventil und drehen Sie die Öffnung nach unten.

Öffnen Sie dann das Ventil vollständig. Verwende einen Behälter, um den Fisch zusammen mit dem Wasser zu sammeln, das durch die Schwerkraft aus dem Gerät fließt. Schließen Sie abschließend das Einlassventil, um das Austreten von Wasser zu stoppen.

Bevor Bewegungsprotokolle angewendet werden, ist es notwendig, die Tiere eine Woche lang mindestens 60 Minuten pro Tag an eine relativ niedrige und konstante Geschwindigkeit zu gewöhnen. Vor jeder Übungseinheit ist es notwendig, die Tiere 10 Minuten lang zu akklimatisieren. Nach der Eingewöhnungsphase muss Umax bestimmt werden, indem die maximale Schwimmgeschwindigkeit gegen die Strömung bewertet wird.

Zu diesem Zweck wird die Durchflussrate jede Minute um 0,02 Meter pro Sekunde erhöht, bis der Fisch erschöpft ist. Um die Geschwindigkeit zu erhöhen, öffnen Sie einfach das obere Ventil vorsichtig und überwachen Sie die Geschwindigkeit über das LCD. Den Fisch 35 Minuten lang bei 60 % Umax, wie im Test der maximalen Kapazität bestimmt, zwangsweise gegen die Wasserströmung schwimmen lassen.

Beachten Sie, dass sich der Fisch in den ersten 10 Minuten an die gleiche Geschwindigkeit wie die sitzende Gruppe gewöhnt hat, nämlich 0,06 Meter pro Sekunde. Die Fische schwimmen gegen die konstante Durchflussmenge des Wassers, ohne einen Zustand körperlicher Erschöpfung zu erreichen. Setzen Sie den Fisch einem erzwungenen Schwimmen aus, wobei Sie zwischen den Schwimmgeschwindigkeiten wechseln.

Zwei Minuten bei 90 % Umax, gefolgt von zwei Minuten bei 30 % Umax, 18 Minuten lang wiederholt, neun Zyklen. Die Fische schwimmen gegen eine abwechselnde Wasserdurchflussmenge, ohne einen Zustand körperlicher Erschöpfung zu erreichen. Der Aufbau war präzise und ermöglichte eine Feineinstellung der Strömungsgeschwindigkeit.

Der Fehler lag jedoch bei etwa 30 %, wenn die Geschwindigkeit niedrig war, 0,06 Meter pro Sekunde. Bei hoher Geschwindigkeit von etwa 0,3 Metern pro Sekunde und 0,5 Metern pro Sekunde lag die Fehlerquote nur zwischen drei und vier Prozent. Die schnellsten Geschwindigkeiten, die während des Trainings erreicht wurden, betrugen 0,4 Meter pro Sekunde in der sitzenden Gruppe, 0,44 Meter pro Sekunde in der moderaten Trainingsgruppe und 0,49 Meter pro Sekunde in der hochintensiven Gruppe im abschließenden Ausdauertest.

Beide Trainingsprogramme waren so konzipiert, dass sie die gleiche Distanz zurücklegen, aber das hochintensive Trainingsprotokoll führte zu schnelleren Leistungsverbesserungen, wie die wöchentliche Umax-Erhöhung zeigt. Die Fische, die einem hochintensiven Training ausgesetzt waren, verbesserten ihre Leistung jede Woche um 10 %, insgesamt etwa 30 %. Auf der anderen Seite zeigten die Fische, die einem moderaten Training ausgesetzt waren, einen langsameren Fortschritt, mit einem spürbaren Anstieg von 10% an Umax nur in der dritten Woche und keiner weiteren Verbesserung in der folgenden Woche.

Diese Ergebnisse zeigen, wie sich die Wahl der Trainingsprotokolle unterschiedlich auf die körperliche Leistungsfähigkeit von Zebrafischen auswirken kann. In dieser Studie haben wir ein neues, kostengünstiges Trainingssystem entwickelt, das von bestehenden Schwimmtunnel- und Kanalsystemen inspiriert ist. Dieses System ermöglicht eine gründliche Untersuchung der Schwimmleistung von Zebrafischen.

Wir bestimmten Umax, indem wir den Wasserfluss allmählich erhöhten, bis die Fische erschöpft waren, was durch drei aufeinanderfolgende Ermüdungen oder die Unfähigkeit, gegen die Strömung zu schwimmen, gekennzeichnet war. Diese Ergebnisse halfen uns, zwei Übungsprotokolle zu entwerfen und die Wirksamkeit unseres Schwimmtunnelgeräts zur Beurteilung der körperlichen Leistungsfähigkeit von Zebrafischen zu bestätigen. Darüber hinaus ist dieses kompakte System vielseitig einsetzbar, deckt einen breiten Bereich von Wasserströmungsgeschwindigkeiten ab und macht es einfach, Trainingsprotokolle anzupassen.