Un attrezzo per esercizi di zebrafish indotto dal nuoto per approcci di allenamento versatili

Nella ricerca sul pesce zebra, l'esercizio fisico può essere condotto utilizzando tunnel natatori disponibili in commercio o costruiti su misura. Qui abbiamo sviluppato un sistema di esercizi ad alta produttività e facile da usare per il pesce zebra, utilizzando materiali facilmente reperibili. La configurazione si basa sul comportamento di accesso reale del pesce zebra.

Per testare l'efficienza dell'apparato, sono stati impiegati due protocolli di esercitazione. Allenamento continuo a intensità moderata e allenamento a intervalli ad alta intensità. Per monitorare la velocità del flusso d'acqua indicata dal sensore di flusso, utilizziamo un Arduino Nano, uno schermo LCD 16x2, un resistore a foro passante da 10 kiloohm e un potenziometro da 10 kiloohm.

Assemblare i componenti seguendo lo schema fornito. Utilizzando una scheda perf, filo di saldatura, saldatore, filo e tre ponticelli maschi. Carica lo sketch Arduino fornito utilizzando un cavo USB appropriato tramite l'IDE Arduino.

La portata dell'acqua, il tempo trascorso dall'ultimo ripristino in minuti e la velocità dell'acqua vengono visualizzati sullo schermo LCD. Per assemblare il sistema di ricircolo dell'acqua, utilizzare tubi in PVC da tre quarti di pollice e connettori da tre quarti di pollice. È necessario creare due uscite d'acqua.

Il primo riporterà l'acqua dal flusso principale al bacino idrico e il secondo dirigerà il flusso verso l'area di addestramento dei pesci. Aggiungere una valvola globale per regolare il flusso di ritorno. Aggiungi una valvola di uscita dell'acqua superiore per regolare il flusso d'acqua nell'area di allenamento.

Collegare un raccordo a T alla valvola superiore. Si noti che è necessario aggiungere una rete all'interno dell'attacco vicino alla valvola per evitare che i pesci entrino nella parte inferiore dell'apparecchio. Nella connessione a T, aggiungere una valvola globale, che fungerà da cancello per l'ingresso e l'uscita dei pesci dal sistema.

Collegare il tubo acrilico al connettore a T. Quindi, collegare il sensore di flusso al tubo acrilico. Si noti che è necessario posizionare uno schermo all'interno del tubo per evitare il passaggio dei pesci.

Collegare l'apparecchio parzialmente assemblato alla pompa sommersa all'interno del serbatoio dell'acqua. Per mantenere il ricircolo dell'acqua, è necessario collegare il tubo alla parte finale dell'apparecchio dopo il sensore di flusso. Infine, collegare il sensore di flusso al monitor per monitorare la velocità del flusso d'acqua.

Si noti che si tratta di connettori che devono essere collegati nell'ordine corretto. Ora è pronto per l'uso. Prima di aggiungere il pesce zebra all'apparato, è necessario impostare il flusso.

Per fare ciò, aprire prima completamente entrambe le valvole di controllo del flusso per consentire alle bolle di uscire dal sistema, mantenendo chiusa la valvola di ingresso e uscita del pesce. Quindi, regolare il flusso alla velocità massima, circa 0,6 metri al secondo. Ciò fornirà una maggiore precisione nella regolazione del flusso utilizzando la valvola superiore.

Cattura il pesce, quindi chiudi la valvola superiore per interrompere il flusso d'acqua. Quindi aprire completamente la valvola successiva che fungerà da cancello di ingresso dei pesci. È importante mantenere l'apertura della valvola rivolta verso l'alto.

Subito dopo, chiudere la valvola di ingresso e aprire la valvola di controllo del flusso. È possibile posizionare un piccolo gruppo di massimo sei pesci, che devono essere inseriti tutti in una volta. Per rimuovere i pesci, chiudere completamente la valvola superiore, ruotare la valvola di ingresso del pesce, ruotando la sua apertura verso il basso.

Quindi aprire completamente la valvola. Usa un contenitore per raccogliere il pesce, insieme all'acqua che scorrerà per gravità dall'apparato. Infine, chiudere la valvola di uscita di ingresso per fermare la perdita d'acqua.

Prima di utilizzare i protocolli di esercizio, è necessario acclimatare gli animali a una velocità relativamente bassa e costante per almeno 60 minuti al giorno per una settimana. Prima di ogni sessione di esercizio, è necessario acclimatare gli animali per 10 minuti. Dopo il periodo di acclimatazione, l'Umax deve essere determinato valutando la velocità massima di nuoto contro il flusso.

Per questo, la portata verrà aumentata di 0,02 metri al secondo, ogni minuto, fino a quando il pesce non raggiunge l'esaurimento. Per aumentare la velocità è sufficiente aprire delicatamente la valvola superiore, monitorando la velocità attraverso il display LCD. Sottoporre il pesce a nuoto forzato contro il flusso d'acqua al 60% di Umax, come determinato nel test di capacità massima, per 35 minuti.

Si noti che durante i primi 10 minuti, il pesce viene acclimatato alla stessa velocità del gruppo sedentario, 0,06 metri al secondo. I pesci nuotano contro la portata costante dell'acqua senza raggiungere uno stato di esaurimento fisico. Sottoporre i pesci a nuoto forzato, alternando le velocità di nuoto.

Due minuti al 90% di Umax, seguiti da due minuti al 30% di Umax, ripetuti per 18 minuti, nove cicli. I pesci nuotano contro una portata d'acqua alternata senza raggiungere uno stato di esaurimento fisico. La configurazione era precisa e consentiva regolazioni precise della velocità del flusso.

Tuttavia, l'errore era di circa il 30% quando la velocità era bassa, 0,06 metri al secondo. Quando la velocità era elevata, circa 0,3 metri al secondo e 0,5 metri al secondo, il tasso di errore era solo tra il tre e il quattro percento. Le velocità più elevate raggiunte durante l'allenamento sono state di 0,4 metri al secondo nel gruppo sedentario, 0,44 metri al secondo nel gruppo di allenamento moderato e 0,49 metri al secondo nel gruppo ad alta intensità nel test di resistenza finale.

Entrambi i regimi di allenamento sono stati progettati per coprire la stessa distanza, ma il protocollo di allenamento ad alta intensità ha portato a miglioramenti più rapidi delle prestazioni, come evidenziato dall'aumento settimanale dell'Umax. I pesci esposti ad allenamenti ad alta intensità hanno migliorato le loro prestazioni del 10% ogni settimana, per un totale di circa il 30% complessivo. D'altra parte, i pesci esposti a un allenamento moderato hanno mostrato un progresso più lento, con un notevole aumento del 10% di Umax solo nella terza settimana, e nessun ulteriore miglioramento nella settimana successiva.

Questi risultati evidenziano come la scelta dei protocolli di allenamento possa influenzare in modo diverso le prestazioni fisiche del pesce zebra. In questo studio, abbiamo creato un nuovo sistema di esercizi economico ispirato ai sistemi esistenti di tunnel e canali per il nuoto. Questo sistema consente un esame approfondito delle prestazioni di nuoto del pesce zebra.

Abbiamo determinato l'Umax aumentando gradualmente il flusso d'acqua fino all'esaurimento dei pesci, caratterizzato da tre affaticamenti consecutivi o dall'incapacità di continuare a nuotare contro corrente. Questi risultati ci hanno aiutato a progettare due protocolli di esercizio e a confermare l'efficacia del nostro attrezzo per il nuoto a tunnel per valutare le prestazioni fisiche del pesce zebra. Inoltre, questo sistema compatto è versatile, copre un'ampia gamma di velocità del flusso d'acqua e semplifica la personalizzazione dei protocolli di allenamento.