Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Training Rats om vrijwillig Dive Onderwater: Onderzoeken van de Mammalian Diving Response

12.7K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/52093

⸱

12 november 2014

1Department of Physiology, Midwestern University

In dit artikel

Samenvatting

Er worden gedetailleerde instructies gegeven over hoe ratten getraind kunnen worden om vrijwillig onder water te duiken door een Plexiglas-labyrint van 5 m lang. Omdat de hersenen van ratten zeer goed zijn gekarakteriseerd, kunnen vrijwillig duikende ratten helpen bij het verduidelijken van de centrale paden van de duikreactie van zoogdieren.

Samenvatting

Onderwateronderdompeling veroorzaakt autonome veranderingen die worden waargenomen bij vrijwel alle duikdieren. Deze reflexmatig geïnduceerde respons bestaat uit apneu, een parasympathisch geïnduceerde bradycardie en een sympathisch geïnduceerde verandering van de vasculaire weerstand die de bloedstroom naar het hart, de hersenen en de spieren tijdens inspanning handhaaft. Hoewel veel van de metabole en cardiorespiratoire aspecten van de duikrespons bij zeedieren zijn bestudeerd, zijn onderzoeken naar de centrale integratieve aspecten van deze hersenstamreflex relatief schaars. Omdat de fysiologie en neuroanatomie van de rat goed gekarakteriseerd zijn, kan de rat worden gebruikt om de centrale paden van de duikrespons van zoogdieren te helpen vaststellen. Er worden gedetailleerde instructies gegeven over het trainen van ratten om onder water te zwemmen en vrijwillig te duiken door een 5 meter lange Plexiglas-doolhof. Er worden ook overwegingen gegeven met betrekking tot tankontwerp en vereisten voor de procedureruimte. De gedragstraining wordt zo uitgevoerd dat de stress die anders geassocieerd zou kunnen worden met gedwongen onderwateronderdompeling wordt verminderd, waardoor activering van centrale stresspaden tot een minimum wordt beperkt. De trainingsprocedures zijn niet technisch moeilijk, maar kunnen tijdrovend zijn. Aangezien gedragstraining van dieren alleen een model kan bieden dat met andere experimentele technieken kan worden gebruikt, worden ook voorbeelden gegeven van hoe vrijwillig duikende ratten zijn gebruikt in combinatie met andere fysiologische en neuro-anatomische onderzoekstechnieken, en hoe de basistrainingsprocedures mogelijk moeten worden aangepast om deze technieken te accommoderen. Deze experimenten tonen aan dat vrijwillig duikende ratten dezelfde cardiorespiratoire veranderingen vertonen die typisch worden gezien bij andere duikdieren. De gemakkelijke manier waarop ratten kunnen worden getraind om vrijwillig onder water te duiken, en de reeds beschikbare gegevens van ratten die in andere neurofysiologische onderzoeken zijn verzameld, maakt vrijwillig duikende ratten een goed gedragsmodel dat kan worden gebruikt in onderzoeken naar de centrale aspecten van de duikrespons van zoogdieren.

Inleiding

De duikrespons bestaat uit een reeks autonome reflexen die worden waargenomen bij dieren van alle wervelklassen 1. Als reactie op onderdompeling onder water bestaat deze reflex-geïnduceerde respons uit apneu, bradycardie en een wijziging van de bloedstroom die de stroom naar het hart, de hersenen en de spieren die actief zijn, onderhoudt, terwijl de stroom naar de ingewanden en niet-actieve spieren wordt beperkt 2. Veel van de metabolische en cardiorespiratoire aspecten van de duikrespons bij zoogdieren zijn goed onderzocht 2,3, inclusief die bij mensen 4,5. Wat echter relatief ontbrak, tot voor kort, is onderzoek naar de centrale integratieve aspecten van de duikrespons. Wat gebeurt er in de hersenstam en wat is de neuronale stap-voor-stap-route die afferente input verbindt met efferente output tijdens deze autonome reflex? Om deze vragen te beantwoorden, is een geschikt diermodel nodig 6. Een spreekwoord in de vergelijkende fysiologie, het Krogh-principe 7, is dat voor elke onderzoeksvraag een dier van keuze is waarop het probleem het gemakkelijkst kan worden bestudeerd. Een zeer geschikt dier voor het bestuderen van de centrale aspecten van de duikrespons is de rat 6,8. Dit is grotendeels te wijten aan het feit dat de hersenen van ratten zeer goed zijn gekarakteriseerd, zowel anatomisch als functioneel, en dat er veel rattenhersenatlassen beschikbaar zijn 6. Bovendien is de rat bijzonder nuttig in cardiorespiratoire onderzoek, omdat de fysiologie van de rat goed bekend is voor alle belangrijke orgaansystemen, en de rat wordt beschouwd als een diermodel in de systeembiologie 6. Ten slotte is de laboratoriumrat de gedomesticeerde versie van de wilde Rattus norvegicus, een dier dat routinematig onder water zwemt en duikt 6. Op basis van deze overwegingen is de rat een goede keuze voor onderzoek naar de centrale aspecten van de duikrespons bij zoogdieren. Ter vergelijking, het gebruik van zeedieren om de centrale aspecten van de duikrespons bij zoogdieren te onderzoeken, zou veel moeilijker zijn. Dit komt grotendeels doordat zeedieren relatief grote en niet-uniform gegroeide hersenen hebben, en de relatieve moeilijkheid en hoge kosten van het huisvesten van deze dieren.

Ratten zijn eerder gebruikt om vele aspecten van de duikrespons bij zoogdieren te onderzoeken, voornamelijk in situaties met gedwongen onderwaterdompeling 9-12. Echter, veel onderzoeken bij zeedieren en aquatische dieren hebben aangetoond dat er een differentiële reactie op duiken kan zijn, afhankelijk van of de onderdompeling gedwongen of vrijwillig was 2,13. Duikdieren kunnen een extreem intense bradycardie vertonen tijdens gedwongen duiken, maar een veel minder intense bradycardie tijdens vrijwillig duiken. De “stress” van gedwongen onderdompeling kan de cardiovasculaire reacties van duiken bij veel dieren aanzienlijk veranderen 14. Kleine knaagdieren zoals muskusratten vertonen ook een intensere duikrespons tijdens gedwongen onderdompeling dan tijdens vrijwillig duiken 15,16. Dus als ratten worden gebruikt om de centrale aspecten van de duikrespons bij zoogdieren te onderzoeken, moeten onderzoekers zich ervan bewust zijn dat een rat die met geweld onder water wordt gedompeld, een andere reactie kan geven dan een rat die vrijwillig duikt.

Het doel van dit artikel is om gedetailleerde instructies te geven over hoe ratten kunnen worden getraind om vrijwillig onder water te duiken. Deze procedures zijn niet technisch moeilijk, maar kunnen tijdrovend zijn. De training wordt op zo'n manier uitgevoerd dat de stress die anders geassocieerd zou kunnen worden met gedwongen onderwaterdompeling wordt verminderd. Deze vrijwillige duiktechniek zou activering van centrale stressroutes minimaliseren en zo beter onderzoek naar de centrale aspecten van de duikrespons mogelijk maken. Op zichzelf genereert het trainen van ratten om vrijwillig onder water te duiken geen gegevens die kunnen worden gebruikt om de centrale aspecten van de duikrespons bij zoogdieren te onderzoeken. Daarom worden ook voorbeelden gegeven van hoe vrijwillig duikende ratten zijn gebruikt in combinatie met andere fysiologische en neuroanatomische onderzoekstechnieken, en hoe de basisduiktraining mogelijk moet worden aangepast om deze andere technieken te accommoderen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

OPMERKING: Experimentele protocollen hierin beschreven uitgevoerd aan het Midwesten University werden goedgekeurd door het Midwesten University IACUC.

1. Kamer Eisen

  1. Bevestig een procedure kamer dat heeft stromend warm en koud stromend water, en een manier om het water uit de tank in de grond te verwijderen, meestal een drain.
  2. Gebruik een studie tafel waarop de duiken tank te plaatsen. Sinds kamers met afvoerputjes doorgaans worden vormgegeven voor een drainage, gekapt een rubberen stop en leg ze onder de tafelpoten om ervoor te zorgen dat het tafelblad, en dus ook het water oppervlak in de tank, is niveau.

2. Duiken Tank

  1. Duiken tankbouw
    1. Teken een rechthoekige tank (100 x 60 x 15 cm) met 3/4 dikke plexiglas voor de bodem en 1/2 in plexiglas voor de zijwanden (figuur 1). Permanent hechten de buitenkant plexiglas stukken van de tank aan elkaar met cyanoacrylaat cement of solvents zoals trichloormethaan.
    2. Verdeel de tank in 5 kanalen elk ongeveer 100 cm lang, met behulp van verwijderbare 1/2 inch dik plexiglas gesneden in 85 x 15 cm stukken. Permanent plaats groeven in de bodem en de randen van de tank waarin deze kanaal verdelers kunnen worden gestoken in positie.
    3. Opschorten horizontale Plexiglas stukken uit het kanaal verdelers om een ​​"dak" voor een onderwater duik "tunnel te creëren.
    4. In een hoek van de tank plaats een verwijderbare verhoogd platform, de "finish", voor ratten te halen uit het water en rust tussen zwemmen en duiken proeven. Ratten zich meestal bruidegom en verwijder het water uit hun vacht, terwijl in de finish area. Plaats hoge rand rond de randen van de finish gebied om te verzekeren de ratten blijven op het platform tussen opleiding proeven.
    5. Op de tegenoverliggende hoek van de tank van de finish gebied plaatst een kamer die alleen toestaat onder water toegang tot het doolhof. Deze verwijderbare "start eenrea "wordt alleen gebruikt voor het duiken proeven.
      OPMERKING: Bij het begin van een snoekduik proef een rat wordt neergelaten in het water terwijl het zitten op een platform in de start kamer; vandaar dit platform wordt de "lift".
      OPMERKING: Gebruik een modulair ontwerp, waar het startgebied, eindig gebied, en alle kanalen verdelers zijn verwijderbaar van de tank. Dit wordt gedaan om twee redenen: 1) om te vergemakkelijken het vullen en legen van de tank met water na verwijdering van alle kanalen verdelers, en 2) als een rat raakt gedesoriënteerd, vooral onder water, de stukken kan snel worden gedemonteerd om de rat uit het redden water.
  2. Het vullen en legen van de tank met water
    1. Het vullen van de tank met water
      1. Aan het begin van elke trainingssessie, vul de tank met nieuwe 32 ° C kraanwater tot een diepte van ongeveer 12 cm. Roer het water in de tank te warm of koel zakken minimaliseren.
        OPMERKING: Meestal duurt het ongeveer 2 uur tot 12 ratten te trainen. Gedurende deze tijdwatertemperatuur daalt met ongeveer 4 ° C. Tegen het einde van de training koelt het water tot ongeveer 28 ° C. Sinds 30 ° C water is thermoneutrale aan ratten, met behulp van dit warme water, in plaats van water op kamertemperatuur, zal minimaliseren warmteverlies tijdens repetitieve training.
    2. Het legen van de tank met water
      1. Aan het einde van elke trainingssessie, moet het water uit de tank met een grote slang, zoals een 4 m lang stuk van 1 cm inwendige diameter buis. Volledig onderdompelen slangen in de tank, zodat er geen luchtbellen in de buis. Plaats snel een uiteinde van de slang in de afvoer. De resulterende sifoneffect zal het water uit de tank.
      2. Terwijl de tank uiteinde van de slang onder het wateroppervlak om de overheveling te behouden, kantel de tank op rand om volledige afvoer van het water te vergemakkelijken.
        OPMERKING: Als alternatief, en in plaats van overheveling, installeren van een kraan in de buurt van de bodem van de tank, en sluiteen slang uit de tank tikken om het afvoerputje.

3. Rat Allergen Overwegingen

  1. Wegwerphandschoenen te dragen wanneer het hanteren en het trainen van de ratten. De handschoenen zullen contact met het water in de tank, die steevast zal rat urine bevatten te beperken.
    OPMERKING: De ratten zullen nat worden tijdens de training, en de kamer zal worden gevuld met een "nat-rat" geur. Dientengevolge een profylactisch regime van antihistaminica kunnen voorkomen of de effecten van allergieën rat beperken. Trainers moet mogelijk ook wegwerp stofmaskers, of N95 maskers dragen, zouden ze ook gevoelig voor allergenen rat geworden.

4. Swim Training

  1. Dagelijks zwemtraining
    OPMERKING: Persoonlijke ervaringen blijkt dat de jongere ratten leren het doolhof beter en sneller, en dus beginnen de training met 35 g pasgespeende ratten de voorkeur aan het gebruik van volwassen ratten.
    1. Vul de tank met water. Zie 2.2.1.
    2. Afwerking Insertgebied en het kanaal verdelers tot 5 zwemmen kanalen te creëren.
    3. Tijdens de eerste training voorzichtig lager de ratten met de hand in het water ongeveer 3-5 cm van de finish gebied.
      OPMERKING: Bij hun introductie tot waterratten onvast zal verschijnen als ze voor het eerst het gevoel dat u zweeft tegenkomen. De ratten zullen ongeveer peddelen op een ongecoördineerde wijze terwijl het proberen om een ​​manier om het water af te sluiten lokaliseren en kwam uiteindelijk tot de nabijgelegen finish. Door hun aangeboren vermogen om te zwemmen in volgende studies de ratten zwemmen in een meer gecoördineerd naar de finish.
      OPMERKING: Ondersteuning van de ratten van onder, zodat hun voeten op de onderzoekers handen. Sluit voorzichtig de ratten in het water, en laat ze weg te zwemmen van de hand, in plaats van ze te laten vallen in het water.
    4. Tussen trials liet de ratten blijven de aankomst gedurende ten minste 1 min. Dit is om de ratten te verzorgen en te verkennen, zodat zij beschouwen de finish gebied als een "veilige" plekte gaan tussen de trials. Dit in tegenstelling tot het grijpen van een rat die zojuist voltooide een proces en direct positioneren terug in het water om de volgende proef te starten.
      OPMERKING: Sluit de externe beloning (dwz, voedsel) niet te gebruiken tijdens de training, om activering van beloning circuits in de hersenen voorkomen.
    5. Na de finish gebied wachttijd, zachtjes houd de ratten gedurende 1 minuut voor het begin van de volgende proef. Zachtjes droog de ratten met een handdoek tijdens deze pre-trial hold sinds repetitieve binnenkomst in het water zullen ratten leiden tot zeer nat, en het drogen van hen zal onderkoeling te voorkomen.
    6. Herhaal 4.1.3. door 4.1.5. te voltooien 3 tot 5 proeven voor elke rat tijdens een dagelijkse duik training worden opgeleid.
    7. Verwijder alle kanalen verdelers en finish gebied van de tank.
    8. Leeg het water uit de tank. Zie 2.2.2.
  2. Wekelijkse zwemtraining schema
    1. Voer het dagelijks trainingssessies (zie 4.1.) 5 dagen per week, idealiter tegelijkertijdelke dag.
    2. Begin de eerste proef van de afstand met succes onderhandeld over de vorige dag. Begin van de tweede en derde trials uit een grotere afstand.
    3. Met elke volgende dagelijkse training vergroot de afstand tussen waar de ratten in het water en de afwerking gebied worden geplaatst. Voor de eerste paar trainingen verhogen deze afstand van 5-10 cm. Nadat de ratten lijken meer comfortabel met zwemmen, verhoogt u de afstanden van 30-50 cm.
    4. Gebruik grotere stijgingen in het zwemmen afstanden, terwijl de ratten leren om een ​​recht gedeelte van een duik kanaal zwemmen. In tegenstelling, het leren van de hairpin zwemmen blijkt tussen kanalen misschien 2-3 trainingen vinden.
      OPMERKING: Vaak, tijdens het wachten in de aankomstzone, ratten zal opnieuw in het water te zwemmen en / of dompel hun hoofd onder water, terwijl nog steeds zittend op de finish gebied platform.
    5. Herhaal deze dagelijkse training protocol over 3 weken om succesvol te zwemmen van de gehele 5 kanalen te garanderen.Deze herhaling training protocol waarborgt een succesvolle afronding van het doolhof, vooral omdat het doolhof bevat afwisselend links en rechts haarspeldbochten.

5. Duiktraining

OPMERKING: Nadat de ratten hebben geleerd om met succes te onderhandelen zwemmen door het doolhof zijn ze klaar om duikopleiding te beginnen.

  1. Initial duikopleiding (eerste dag)
    1. Steek start kamer. Vul de tank met water (zie 2.2.1.). Zorg ervoor waterniveau is 1 cm onder de opening naar het startgebied.
    2. Plaats finish en kanaal verdelers tot 5 zwemmen kanalen te creëren.
    3. Tijdens de eerste duik sessie trainen de ratten te worden neergelaten op de lift in het water binnen de start kamer. Toegang tot de doolhof is vanaf de bodem van de start kamer. Tijdens deze eerste sessie is het waterpeil laag genoeg zodat de rat gemakkelijk kunnen zwemmen vanaf de start kamer in het doolhof. Laat de rat te blijven zwemmen door het doolhof aande finish gebied.
    4. Tussen trials liet de ratten blijven de aankomst gedurende ten minste 1 min.
      OPMERKING: Sluit de externe beloning (dwz, voedsel) niet te gebruiken tijdens de training, om activering van beloning circuits in de hersenen voorkomen.
    5. Na de finish gebied wachttijd, zachtjes houd de ratten gedurende 1 minuut voor het begin van de volgende proef. Zachtjes droog de ratten met een handdoek tijdens deze pre-trial hold.
    6. Herhaal 5.1.3. door 5.1.5. tot 3 trials vullen voor elke rat tijdens deze eerste duik training worden opgeleid.
    7. Verwijder alle kanalen verdelers, beginnen kamer en finish gebied van de tank.
    8. Leeg het water uit de tank. Zie 2.2.2.
  2. Initial duikopleiding (tweede dag)
    1. Steek start kamer. Vul de tank met water (zie 2.2.1.). Zorgen voor water niveau is iets boven de opening naar het startgebied.
    2. Plaats finish en kanaal verdelers tot 5 zwemmen kanalen te creëren.
    3. Tijdens de tweede duiktrainingssessie het waterpeil is verhoogd, zodat aan het begin de kamer van de rat heeft om het hoofd te dompelen onder de rand van de start kamer naar de doolhof betreden verlaten. Beschouw dit als de rat's eerste duik. Laat de rat om dan verder te zwemmen door het doolhof naar de finish gebied.
    4. Laat de ratten blijven de aankomst gedurende ten minste 1 minuut tussen studies.
      OPMERKING: Sluit de externe beloning (dwz, voedsel) niet te gebruiken tijdens de training, om activering van beloning circuits in de hersenen voorkomen.
    5. Na de finish gebied wachttijd, zachtjes houd de ratten gedurende 1 minuut voor het begin van de volgende proef. Zachtjes droog de ratten met een handdoek tijdens deze pre-trial hold.
    6. Herhaal 5.2.3. door 5.2.5. tot 3 trials vullen voor elke rat tijdens deze duik training worden opgeleid.
    7. Verwijder alle kanalen verdelers, beginnen kamer en finish gebied van de tank.
    8. Leeg het water uit de tank. Zie 2.2.2.
  3. Initial duikopleiding (tHird dag)
    1. Steek start kamer. Vul de tank met water (zie 2.2.1.), Ervoor te zorgen dat het waterniveau boven de opening naar het startgebied.
    2. Plaats finish en kanaal verdelers tot 5 zwemmen kanalen te creëren. Plaats een horizontaal stuk plexiglas onmiddellijk buiten het startgebied van een 5 cm lang duiken tunnel te creëren.
    3. Tijdens de derde duik trainingssessie de rat heeft om het hoofd te dompelen onder de rand van de start kamer en zwem 5 cm onder water naar het open water van het zwemmen kanaal te bereiken. Laat de rat om dan verder te zwemmen door het doolhof naar de finish gebied.
      OPMERKING: Eenmaal geplaatst in het startgebied, ratten starten hun eigen onderwater overstroming, en dus deze worden beschouwd als "vrijwillige" duiken zijn.
    4. Laat de ratten blijven de aankomst gedurende ten minste 1 minuut tussen studies.
      OPMERKING: Sluit de externe beloning (dwz, voedsel) niet te gebruiken tijdens de training, om activering van beloning circuits in de hersenen voorkomen.
    5. Na de finish gebied wachttijd, zachtjes houd de ratten gedurende 1 minuut voor het begin van de volgende proef. Zachtjes droog de ratten met een handdoek tijdens deze pre-trial hold.
    6. Herhaal 5.3.3. door 5.3.5. te voltooien 3 tot 5 proeven voor elke rat tijdens deze duik training worden opgeleid.
    7. Verwijder alle kanalen verdelers, beginnen kamer en finish gebied van de tank.
    8. Leeg het water uit de tank. Zie 2.2.2.
  4. Wekelijkse duik trainingsschema
    1. Voer het dagelijks trainingen (zie 5.3.) 5 dagen per week, idealiter op hetzelfde tijdstip iedere dag.
    2. Begin de eerste proef van de afstand met succes onderhandeld over de vorige dag. Begin de tweede en derde trials met een verhoogd duiken afstand.
    3. Met elke volgende dagelijkse trainingssessie verhogen van de lengte van de duik tunnel door het toevoegen van extra horizontale verdelers om de afstand van de ratten moeten zwemmen onder water uit te breiden. Voor de eerste paar trainingen toename this afstand van 5-10 cm. Nadat de ratten lijken meer comfortabel met duiken, verhoogt u de afstanden van 30-50 cm.
      OPMERKING: Niet soms gedwongen de duik afstand geprobeerd tijdens opeenvolgende trials. Eventueel til het einde van de horizontale kanaalbedekking kortere duiken afstanden inhouden. Als er tijdens een duik proef een rat niet het einde van de duik tunnel bereiken en begint rond onderwater zetten, snel til het einde van het kanaal deksel en laat de rat aan de oppervlakte en verder zijn zwemmen. Dit zal de rat in staat stellen om met succes te voltooien een langere duik afstand. Deze positieve bekrachtiging zal de rat blijven bewegen naar voren door de onderwater tunnel met elke duik trial.
    4. Gebruik grotere stijgingen in het duiken afstanden, terwijl de ratten leren om een ​​recht gedeelte van een duik kanaal duiken. In tegenstelling, leren duiken rond de haarspeldbochten tussen kanalen misschien 2-3 trainingen vinden.
      OPMERKING: Vaak, tijdens het wachten in de aankomstzone, ratten zal opnieuw invoeren the water om te zwemmen, en / of onder te dompelen hun hoofd onder water, terwijl nog steeds zittend op de finish gebied platform.
    5. Herhaal deze dagelijkse training protocol over 3 weken de tijd om een ​​succesvolle duiken van de gehele 5 kanalen te garanderen. Deze herhaling training protocol waarborgt een succesvolle afronding van het doolhof, vooral omdat het doolhof bevat afwisselend links en rechts haarspeldbochten.
      NB: De volledige 6 weken zwemmen en duiken trainingsschema valt samen met de groei van 35 g pasgespeende ratten tot een lichaamsgewicht van 300 gram te bereiken.
    6. Na de dagelijkse trainingen zijn voltooid, en de ratten zijn teruggekeerd naar hun kooi, zorgen ratten snel hun vacht te drogen door middel van het verzorgen, of indien nodig, plaats een verwarmingselement onder hun kooi aan de ratten warm te houden totdat hun vacht droog is.

6. Experimentele Variaties

OPMERKING: De basis experimentele set-up en dierlijke training zijn hierboven beschreven. Echter, gedragstraining alleen provides een model voor gebruik met andere experimentele technieken om gegevens van belang te verzamelen. Basic protocollen worden aangepast aan de specifieke aspecten van het duiken respons te onderzoeken. Voorbeelden van deze modificaties en enkele overwegingen voor het verzamelen van gegevens met behulp van deze fysiologische en neuroanatomisch technieken worden hieronder gegeven.

  1. Implanteerbare Telemetric Zenders
    1. Na voltooiing van de opleiding, in de handel verkrijgbare telemetrische zenders pulserende arteriële bloeddruk te verzenden van zwemmen en duiken ratten. Verkrijgen lokale IACUC goedkeuring voor de procedures met betrekking tot chirurgie en postoperatieve herstel. Volg de implantatie procedures voorgesteld door de onderneming voor hun zender, en zorgen voor volledig herstel van de operatie voordat u terugkeert van de rat in het water.
    2. Zorg ervoor dat de antenne ontvangen van het radiosignaal is vlakbij als de rat in het water.
      OPMERKING: Water verzwakt radiosignalen, en dus de afstand het radiosignaal needs om te reizen door het water wordt het een beperkende factor van de afmetingen van de tanks.
    3. Gebruik een handheld antenne wand in plaats van een rat kooi sized antenne, de rat volgen bij het doorlopen van de doolhof. Houd de wand antenne binnen 30 cm van de rat zodat het radiosignaal niet verloren gaat terwijl de rat onder water.
  2. Trailing Canules
    1. Herontwerp van de channel verdelers en horizontale stukken maken het dak van de tunnel duiken, zodat de canule paden langs achter de rat tijdens de progressie door het doolhof.
      OPMERKING: Het modulaire ontwerp van de kanalen is van het allergrootste belang en moet ook zorgen voor een snelle herstellen van de rat uit de onderwater doolhof. Als een canule haken en ogen en werd verdreven uit de rat, kon de rat snel doodbloeden terwijl onderwater als de canule wordt niet snel weer vastgemaakt.
    2. Gebruik trailing arteriële canules om de arteriële bloeddruk en de hartslag op te nemen in vrijwillig duiken ratten. Gebruik een 90 cm stuk PE50 alsslepend canule.
      Opmerking: Deze canule lengte is lang genoeg om de rat verbinden met de drukomvormer terwijl nog steeds de rat om de voortgang door de doolhof, maar is kort genoeg om canule dode ruimte te minimaliseren en is dicht genoeg bij de drukopnemer voldoende betrouwbaarheid van de allow arteriële druksignaal.
    3. Gebruik achterste veneuze (of arteriële) canules farmaceutische middelen zoals parasympathische en sympathische agonisten en antagonisten injecteren, of tracers of kleurstoffen die de verdeling van hartdebiet bepalen injecteren.
    4. Trekken bloedmonsters van de ratten met behulp van de veneuze (of arteriële) cannulae terwijl de ratten zijn onderwater onderwater catecholamine niveaus of samenstelling van het bloed te bepalen.
      OPMERKING: Beperk de lengte van de trailing canule en zijn goed voor de canule dode ruimte in het bloed trekt.
  3. Detectie van Geactiveerde Brainstem Neuronen
    1. Gebruik immunologische detectie van de Fos eiwit te identify specifieke gebieden van de hersenstam die deel uitmaken van het duiken respons.
      OPMERKING: Bij herhaalde opening van een cardiorespiratoire reflex, hersenstam neuronen die deel uitmaken van deze reflex circuit geactiveerd kan worden en produceren een eiwit Fos.
    2. Herhaaldelijk duiken ratten door het doolhof om de 5 min 2 uur voor een totaal van 24 duiken.
      Opmerking Andere protocollen die ook neuronale Fos productie induceren kunnen ook worden gebruikt. Activering van hersenstam neuronen bij de respons op stress te voorkomen, dient het gedrag herhaald worden opgenomen als onderdeel van de gedragstraining.
  4. Blood corticosteronspiegels tijdens Duiken
    1. Gebruik corticosteron als een indicator van het niveau van stress ratten ervaring tijdens het zwemmen en duiken.
    2. Om bloed te verkrijgen voor corticosteron analyse, trekken 0,1 ml bloedmonsters uit de staartader van ratten 15 min na 3 vrijwillige zwemmen of duiken.
      OPMERKING: Voorlopige experimenten bleek dat 15 min is sufficient tijd overlaat voor de productie en afgifte van corticosteron in de circulatie en veroorzaken een piek in plasma corticosteron niveaus. Aangezien corticosteronspiegels een circadiane ritme, schema alle bloedafnames op hetzelfde tijdstip en correspondeerde met de timing trainingen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Succesvolle afronding van de beschreven zwemmen en duiken training procedures kan de stress ervaren door ratten bij het duiken onder water te verlagen. Bloed corticosteron niveaus geven aan dat repetitieve dagelijkse training vermindert de stressfulness geassocieerd met vrijwillige duiken, en opgeleid ratten vind duiken niet meer stress dan wordt dagelijks behandeld door een mens (figuur 2; 17). Omgekeerd ratten niet getraind in het duiken protocol vinden vrijwillige duiken stressvolle

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Ratten in hun wilde vorm kan en doen exploiteren semi-aquatische milieus, en zal vaak duiken onder water, terwijl op zoek naar voedsel 6. Het is dus niet zo verwonderlijk dat ratten heel gemakkelijk kunnen worden opgeleid om vrijwillig onder water duiken. De beschreven training procedures kan duren tot 6 weken, die pas gespeende ratten zal brengen aan een lichaamslengte gebruikt in de meeste volwassen hersenen van de rat atlassen (~ 300 g). Dus de hersenen van deze getrainde dieren gemakkelijker vergelijkbaar...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteur is een consultant voor Stoelting Company, en op voorwaarde dat het totale ontwerp en de specificaties van de McCulloch Dive Tank Maze om ze voor commerciële doeleinden.

Dankbetuigingen

Onderzoek ondersteund door financiering uit het Midwesten University Office of Research en gesponsorde programma's. Dank ook aan het Midwesten University Animal Facility en Erik Warren.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
McCulloch Diving Tank MazeStoelting Company60139
1 inch internal diameter tubing Fisher14-169-63Gebazigd voor het vullen of legen van de tank
Plexiglas rodent restraint device (Economy flat bottomed restrainer)BraintreeFB-M/L Voor gedwongen duiken
Telemetric transmitters DSIModel PA-C40 (270-0040-008)Gebazigd voor het verzenden van pulsatiele arteriële bloeddruk
Hand-held antenna wandDSIModel RLA 3000 (272-5007)Gebazigd om ervoor te zorgen dat de radioantenne dicht bij de zender is terwijl de rat onderwater door het doolhof navigeert
Intramedic PE50, 0.023" IDFisher14-170-12BGebazigd als trailing arteriële canule
N95 mask - Moldex #2300N SeriesFisher19-003-246DGebazigd om de inademing van ratallergenen te beperken

Referenties

  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).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Meer artikelen verkennen

Training van rattenvrijwillig duikenonderwaterdoolhofbloeddrukmonitoringhersenstamactivatieautonome zenuwstelselcardiovasculaire responsgedragsmodelneurofysiologisch onderzoek
Training Rats om vrijwillig Dive Onderwater: Onderzoeken van de Mammalian Diving Response
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan de bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleidsoverzicht

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.