왕새우 심장 및 동작 활동의 지속적인 비 침범 성 측정

요약

이 기사 연속 기록과 대 심장 및 운동 활동의 분석에 대 한 비 침범 성 biomonitoring 시스템을 제공합니다. 근 적외선 광학 센서, 비디오 추적 모듈, 및 그것의 생리 적인 상태를 반영 하 고 심장 박동 변동 동안 대 동작 특징 대 하트 비트를 평가 하기 위한 소프트웨어가이 시스템에 의하여 이루어져 있다.

초록

왕새우 중추적인 수생 무척 추 동물의 행동 및 생리 적 연구에 대 한 실용적인 생물 모델 및 수 질의 유용한 생물 학적 지표로 유기 체 이다. 비록 대 직접 물 품질 저하를 일으키는 원인이 되는 물질을 지정할 수 없습니다, 그들은 수 즉시 (몇 초 이내) 경고 그들의 심장 활동과 행동에 심각한 변화를 통해 수 질 악화의 인간.

이 연구에서 우리는 단순 하 고 하나의 모델에 신뢰성의 조합 때문에 다양 한 조건에서 구현 될 만큼 간단 비 침범 성 방법 제시.

생물학 유기 체 환경 평가 프로세스로 구현 됩니다,이 접근의 경고 하 고 주변 환경에서 급성 물 저하를 방지 하기 위한 안정적이 고 적시 경보를 제공 합니다. 따라서, 대 생리를 기반으로 하는이 비 침 투 적인 시스템 그리고 ethological 매개 변수 녹음은 수생 환경에 변화의 검출에 대 한 조사. 이 시스템은 이제 음료 생산을 위해 사용 되는 물의 품질을 제어 하기 위한 현지 양조장에 적용 하지만 연속, 실시간 수 질 평가 및 일반 실험실에 대 한 모든 수 처리 및 공급 시설에서 사용할 수 있습니다. 왕새우 심장 생리학 및 행동의 조사입니다.

서론

수생 생물 응용 프로그램, 다양 한 실험실 조사^1,2 모형 유기 체와 산업 및 자연/환경 수 질^3,4 를 모니터링 하기 위한 도구 둘 다의 주제 공부 잘 될 것으로 보인다. 그럼에도 불구 하 고,이 항목은 다른 직종 또는 사회 과학에 속하는지 여부에 관계 없이 인 간에 대 한 주목할 만한 관심사의 아직도. 특정 매개 변수 (소위 "생체")^5,6,7,8, 선택 하기 위한 가장 중요 한 요구 사항을 모니터링 하기 위한 고급 방법의 숫자의 존재에도 불구 하 고는 표시기의 세 가지 간단한 요소 구성 됩니다: (i) 단순, (ii) 안정성, 및 (iii) 일반적인 가용성.

왕새우, 민물 동물군의 필수적인 대표 자체를 구별 하기 때문에 전세계 발견, 광범위 하 게, 대부분의 경우⁹일에 충분히 크고 단단한 갑 각 조작에 적합. 이 갑각류 충분 한 개발 중요 한 생리 시스템 및 동안, 각 장기의 같은 시간에 상대적으로 간단한 조직¹⁰을 유지를 제공 하는 높은 무척 추 동물의 그룹에 속한다.

과학 문학에 설명 된 대로 crayfishes의 생물 학적 및 행동 매개 변수, 범위 평가에 기반 하는 방법 일반적 biomonitoring 고 대 연구의 발전에 기여 크게 했다. 왕새우 심장 박동 측정에 대 한 현재 사용할 수 있는 침략 적 방법의 대부분 심전도 기록 요구는 복잡 하 고 정밀한 수술^11,,1213; 하는 기반 이러한 조작 상당한 스트레스를 일으킬 수 있는 고 왕새우에 의해 장기 적응을 해야 할 수도 있습니다. 또한, 그것은 알 수 없습니다 긴 왕새우 같은 전극 수행할 수 있는 방법과 같은 첨부 파일을 실행 하는 동안 탈피 성공적으로 것입니다 여부. 설명된 비 침범 성 방법 plethysmographic 녹음, 하드웨어 복잡성에 의해 복잡 하 고 신호 필터링¹⁴ 및 증폭 또는 정확 하 고 비싼 광학 구성 요소^{15 컨디셔닝 회로 필요에 기반 ,16}.

이 연구에서 우리는 기존 결과에 기여 하 고 현재의 대 심장 박동 측정 절차를 개선 하기 위한 새로운 대안을 제공 하는 방법 설명. 장점, 중 (i); 장기 생리 적 적응을 요구 하지 않는 빠르고 비 침 투 적인 첨부 파일 있습니다. (ii) crayfishes' 기능 센서; 탈피에 탈피에서 몇 개월의 기간 내에 수행 하 (iii) 소프트웨어 실시간 심장 및 행동 활동 및 동시에 여러 대;에서 가져온 데이터의 평가 모니터링 할 수 (4) 낮은 제조 가격 및 단순. Biomonitoring 시스템 우리가 설명 하는 비 침범 성이 고 지속적인 변화 crayfishes' etho 생리 적인 특성에 따라 대 심장 및 운동 활동의 모니터링을 허용 합니다. 이 시스템은 인 성 학, 물 처리 및 공급 시설에서 수 질을 제어 하기 위한 산업 구현 뿐만 아니라 대 심장 생리학의 실험실 시험에 쉽게 적용할 수 있습니다.

프로토콜

1. 대 선택

1. 왕새우를 현재 접근을 성공적으로 적용 하려면 센서 첨부 파일에 대 한 충분 한 등 딱지 크기 (즉, 적어도 30 m m의 갑 각 길이)와 각각 성인 표본 선택, 시각적으로 질병의 부재에 대 한 검토 및 확인 여부 그것은 때 그것을 건드리지 모두 chelae 리프트. 위에서 언급 한 매개 변수 대 건강의 자격 상태를 나타냅니다.
   참고: 여러 대 재판에서 사용 될 것으로 예상 된다 같은 조건에 노출 되는 경우 실험 그룹 해야 될 기반에 형성 여러 매개 변수: (i) 유사한 무게와 길이; (ii) 비교 심장 박동; (iii) 발음된 야행성 활동; (4) 일반 식품 소비; (v) 간 탈피 기간¹⁷. 때때로, 그것은 심장 박동 측정 하 여 털 갈이 또는 시각 또는 촉각 시험만; 가까이 왕새우 인지 정의 하기 어렵다 따라서, 왕새우의 hemolymph 총 단백질 함량의 분석 도움이 될 수 있습니다. 단백질 콘텐츠 왕새우 간 탈피 상태¹⁸에서 탈피 보다 가까이 있을 때 더 높을 것으로 예상 된다.

2. 녹음 대 심장 활동 및 행동의

1. Noninvasively 대 심장 박동수를 측정 하기 위해이 절차에 대 한 센서를 준비 예비. 이 전에, 물 탱크에 왕새우를 넣어 하 고 센서¹⁹ 의 준비 또한 몇 일을 걸릴 것으로 몇 일 동안 거기 적응 하자.
   1. 축방향에 포토 트랜지스터와는 적외선 발광 다이오드 (LED) 커플. 보드; 광학 센서 회로 연결 5 V 전원 공급 장치가 필요 합니다. LED 연결에 대 한 적외선 센서 보드; 200 Ω 저항을 배치 포토 트랜지스터를 연결 하기 위해 보드에 220 Ω 저항을 배치 합니다.
   2. 왕새우에 연결 된 센서 출력 hemolymph 작성 대 심장 근육의 양에 의해 변조 하 고 LED에서 입사광을 없앤다. 조명된 IR led 빛 및 반사 IR는 포토 트랜지스터에 의해 받은 대 마음에서 빛의 상호 간섭을 방지 하기 위해 작은 벽 배치 (0.5 x 1.5 x 4mm, 두께 x 높이 x 폭) 검은 정전기 방지 플라스틱 LED와 사이 포토 트랜지스터.
   3. 방수 패키지에 LED를 배치 하 고 손상 (그림 1)에서 전자 부품의 보호에 대 한 등 딱지에 인접 한 측면에서 방수 유 전체 젤 센서의 표면을 커버. 젤 최고의 보호 속성을 얻기 위해 3 일 동안 건조 하자.
   4. 아날로그 신호에 대 한 센서를 얇은 유연한 케이블 (약 3 m)을 연결 하 고 아날로그-디지털 컨버터 (ADC);에 연결 이것에서 디지털된 신호 전송 됩니다 개인용 컴퓨터에 USB 인터페이스를 통해에서 심장 활동을 저장 하는 왕새우에 대 한 정보를 가르키는 분석에 특별 한 소프트웨어와 실시간 ( 재료의 표참조), 및 저장에 대 한 더 자세한 분석입니다.
2. 최대한 빨리 센서, 준비 왕새우를 연결 합니다. 이렇게 하려면 컴퓨터 전환 하 고 소프트웨어를 실행 합니다. 센서 및 기록 된 심장 박동 날짜 파일에 저장을 고정 하는 대 수를 결정 합니다.
3. 물에서 왕새우를 제거 하 고 그것의 지 등 딱지 면 종이 타월로 닦아 내십시오. 따뜻한 인간의 손에 의해 발생 하는 대에 추가로 스트레스를 제거 하 고 인간의 손에 의해 손해를 피하기 위하여 chelae과 왕새우의 복 부 종이 타월에 싸서.
   참고: 또는 센서 부착으로 조작 하기 전에 그것의 동원 정지에 대 한 냉동 실에 얼음에 왕새우의 이전 냉각 사용 하지 마십시오. 온도 차이 대 등 표면 수 양, 차례 차례로,에 이르게 신뢰할 수 없는 센서 잠금 및 빠른 접착제 초연 가재의 갑 각에서 이끌어 낸다.
4. 표면 준비 (즉, 플라스틱의 작은 평면 조각을 하거나 스티커 테이프의 조각 벗기고 테이블에 그것을 수정)와 혼합 접착제 막대기. 두 개의 작은 방울 (약 0.5 c m의 직경) 튜브 A와 B 포함 에폭시 접착제에서 밖으로 누르고 신속 하 게 그들을 믹스.
5. 대 지 등 딱지에 센서를 부착 하 고 있는 심장 신호 진폭 최대한 것 장소를 찾을 하려고 합니다. 한 손으로 센서와 왕새우를 잡고 하 고, 각 센서에 있는 4 개의 보조 와이어에 혼합된 접착제의 방울을 넣어 다른 자유 재량을 사용 하 여, (단계 2.1.1 2.1.4 사이 그들 수정.). 접착제가 견고까지 센서 적어도 5 분을 이동 하지 마십시오 (접착제 경화 온도 습도에 따라 달라 집니다).
   참고: 왕새우 등 딱지에 센서를 고정 하는 경우 검사 철저 하 게 등 딱지 쪽에서 전체 심장 지역 최고의 (최대한) 심장 신호 진폭으로 영역을 정의 하는 데. 그 보다 정확한 심장 박동 계산을 제공 하는 소프트웨어를 데 도움이 됩니다.
6. 자유 재량을 사용 하 여 접착제를 터치 그리고 그렇지 않으면 끈 적, 풀어 대 연결 된 센서 (그림 2)와 물 없이 상자에 접착제가 완전히 건조 될 때까지 몇 분 더.
   참고: 왕새우와 접착제 조작에 대 한 최적의 온도 22 ° c 18에서 변화 한다 이 온도에서 접착제 5 ~ 7 분 이내 견고 하 고 8 ~ 10 분 이내 완전히 건조. 낮은 온도에서 왕새우에 스트레스 덜 발음; 그러나 접착제 강화, 더 많은 시간을 필요로 하는, 15 ° C와 10 ° C에서 약 15와 20 분 각각. 특히 25 ° C 이상의 높은 온도에서 3 분 이내 접착제 견고 하지만 왕새우; 훨씬 더 많은 스트레스를 겪 습 따라서, 물 없이 극한 상황에는 갑각류의 노출을 최소화 하려고 합니다.
7. 탱크에 왕새우를 다시 이동 하기 전에 그 cephalothorax로 찍어 몇 초의 짧은 간격으로 여러 번 물, 아가미에 누적 된 공기의 방전 할 수 있도록 하 고 두고 물에 대 어떤 과잉 화학 제품을 제거 하려면 약 1 h입니다. 이 프로세스가 완료 되 면 왕새우 물에 놓고 실험 조건에서 관찰 된 생리 적 지 수에 따라 1 ~ 2 주 동안 두었던. 새 환경 순응 기간 동안 최적의 물 교환 매일입니다.
   참고: 왕새우 acclimated가 고 건강 한 상태에서의 특성에는 발음된 circadian 심장 및 운동 활동, 일반 음식 소비, 그리고 전문된 보호소에 대부분 일광 (제공 된 경우) 지출 포함 됩니다.

3. 카메라와 소프트웨어 설치

1. 시작 소프트웨어; 비디오 카메라 자동으로 전환 됩니다.
2. 움직임 감지 옵션을 선택 하 고 철저 하 게 화면에 각 탱크의 위치를 감지 소프트웨어 동작을 추적 하 고 심장 활동 기록으로 그것을 연결 하는 것을 시작할 것 이다.
   참고: 탱크와 심장 활동에 동작을 결합 하는 소프트웨어까지 대 동작을 추적 하는 비디오 카메라 대 모션 검출 모듈에 의하여 이루어져 있다. 모듈에서 데이터는 있는 왕새우 보여줍니다 높은 기관차 활동 기간을 제거 하 여 보다 정확한 심장 활동 데이터 처리를 촉진 하는 데 사용 됩니다. 갑자기 대 운동 (즉, 탈출 반응 또는 개시 먹이) 변동 또는 짧은 시간 급격 한 심장 간격 계산의 정밀도 줄일 수 있는 심장 신호 발생할 수 있습니다.

결과

결과적으로, 우리는 대의 조합 심장 및 동작 활동을, 기록 및 txt 형식 파일 (그림 3)에 저장을 얻었다. 실험 대, 날짜, 및 샘플링 레이트의 수, 외 3 열의 파일 구성: (1) 지속적인 시간 h:mm: ss로 형식; (2) 심장 박동은 분당; 자동으로 계산 (3) 운동 부재 (0) 또는 어떤 운동 든 지의 존재 (1) 등록. 0 셀 운동에 대 한 책임을 할당 된 때 활성 왕새우 하지, 그리고 그것은 이동 하는 경우 다음 넘버 원 각각 셀에 등장. 지속적으로 기록, 데이터 파일은 자동으로 만들어집니다 매일 00:00 (오전 12시)에서. 그것은 때문에 그것은 심장 박동 (그림 4)에 변화를 일으켰습니다 수 운동을 포함 하는 중요 한 했다. 10 후 s, 음식 냄새 (가공, 필터링, 및 희석 Chironomidae 애벌레) 연동 펌프를 사용 하 여 대를 포함 ...

토론

그것은 널리 제안 특정 생리 적 매개 변수 (예: 심장 또는 환기 속도 또는 둘 다) 측정 기록 대 반응 항상 발생 하지 않는 행동 반응의 평가 보다 더 안정적인 방법입니다. 즉시¹¹. 그러나, 그것은 분명 그 환경 변화에 진짜 대 반응을 평가 하기 위한 가장 효율적인 접근 심장 활동 및 행동 기록의 조합 때문에 그것이 대 하트 비트에 대 한 이유를 볼 수 변경 그리고 그들은 주위 환경에 또는 운동 개시 화학 변경 결과로 발생 하는 여부. 수 질 모니터링, 중 대 생리 마커, 갑작스러운 움직임을 심장 박동에 영향을 증가 하지만 biomonitoring 시스템에 대 한 경보를 표시 하지 않는 등의 변화에 모든 외부의 영향을 제거 하기 위해 결정적 이다.

더 정확 하 고 유익한 하트 비트 평가 촉진을 위한 또 다른 가능성은 chronotropic 그리고 심장 활동은 주로 대 심장 신호¹⁹에서 특정 ...

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
IR LED 다이오드	KINGBRIGHT ELECTRONIC	KP-3216F3C
광 트랜지스터	EVERLIGHT	ELPT15-21C
저항기	ROYAL OHM	0805S8J0201T5E
저항기	ROYAL OHM	0805S8F2200T5E
커패시터	KEMET	C0805C334K5RACTU
케이블	TECHNOKABEL	FTP KAT.5E 4X2X0,14C
커넥터	HARTING	21348100380005
커넥터	HARTING	21348000380005
유전체 젤	KRAYDEN	Sylgard 535
아날로그-디지털 컨버터	TEDIA	UDAQ-1416CA
접착제	KUPSITO.SK	7338723044
Kinect 비디오 카메라	ABC스토어. CZ	GT3-00002
분석 소프트웨어	사우스 보헤미아 대학교 체스케 부데요비체, 수산 및 수역 보호 학부, 복잡한 시스템		소프트웨어 링크: www.frov.jcu.cz/crayfishmonitoring 사용자 이름: frov 비밀번호: CF2018