Een door zwemmen geïnduceerd trainingsapparaat voor zebravissen voor veelzijdige trainingsbenaderingen

Bij onderzoek naar zebravissen kan lichaamsbeweging worden uitgevoerd met behulp van in de handel verkrijgbare of op maat gemaakte zwemtunnels. Hier ontwikkelden we een high-throughput, gebruiksvriendelijk oefensysteem voor zebravissen, met materialen die gemakkelijk beschikbaar zijn. De opzet is gebaseerd op het echte toegangsgedrag van zebravissen.

Om de efficiëntie van het apparaat te testen, werden twee oefenprotocollen gebruikt. Continue training met matige intensiteit en intervaltraining met hoge intensiteit. Om de waterstroomsnelheid die door de stromingssensor wordt aangegeven te bewaken, gebruiken we een Arduino Nano, een 16-bij-2 LCD-scherm, een 10-kiloohm eenkwart watt through-hole weerstand en een 10-kiloohm potentiometer.

Monteer de componenten volgens het meegeleverde schema. Met behulp van een perfboard, soldeerdraad, soldeerbout, draad en drie mannelijke jumpers. Laad de meegeleverde Arduino-schets met behulp van een geschikte USB-kabel via de Arduino IDE.

Het waterdebiet, de tijd sinds de laatste reset in minuten en de snelheid van het water worden weergegeven op het LCD-scherm. Gebruik voor het monteren van het waterrecirculatiesysteem driekwart inch PVC-buizen en driekwart inch connectoren. Het is noodzakelijk om twee waterafvoeren te creëren.

De eerste leidt het water van de hoofdstroom terug naar het reservoir en de tweede leidt de stroom naar het trainingsgebied voor de vissen. Voeg een globale klep toe om de retourstroom te regelen. Voeg een bovenste wateruitlaatklep toe om de waterstroom naar het trainingsgebied te regelen.

Sluit een T-verbinding aan op het bovenste ventiel. Houd er rekening mee dat het noodzakelijk is om een net in de aansluiting bij de klep toe te voegen om te voorkomen dat vissen het onderste deel van het apparaat binnendringen. Voeg in de T-verbinding een globale klep toe, die zal dienen als een poort voor het in- en uitgaan van vis uit het systeem.

Bevestig de acrylbuis aan de T-connector. Bevestig vervolgens de flowsensor aan de acrylbuis. Houd er rekening mee dat het noodzakelijk is om een zeef in de pijp te plaatsen om te voorkomen dat vissen er doorheen gaan.

Sluit het gedeeltelijk gemonteerde apparaat aan op de dompelpomp in het waterreservoir. Om de waterrecirculatie te behouden, is het noodzakelijk om de slang aan te sluiten op het laatste deel van het apparaat na de flowsensor. Sluit ten slotte de debietsensor aan op de monitor voor het bewaken van de waterstroomsnelheid.

Let op: dit zijn connectoren die in de juiste volgorde aangesloten moeten worden. Nu is het klaar voor gebruik. Voordat u de zebravis aan het apparaat toevoegt, is het noodzakelijk om de stroom in te stellen.

Om dit te doen, opent u eerst beide stroomregelkleppen volledig om luchtbellen uit het systeem te laten komen, terwijl de inlaat- en uitlaatklep van de vis gesloten blijft. Stel vervolgens de stroom in op de maximale snelheid, ongeveer 0.6 meter per seconde. Dit zorgt voor een grotere precisie bij het afstellen van het debiet met behulp van de bovenste klep.

Vang de vis en sluit vervolgens de bovenste klep om de waterstroom te stoppen. Open vervolgens volledig de volgende klep die zal dienen als toegangspoort voor de vissen. Het is belangrijk om de klepopening naar boven te houden.

Sluit onmiddellijk daarna de inlaatklep en open de debietregelklep. Het is mogelijk om een kleine groep van maximaal zes vissen te plaatsen, die allemaal tegelijk moeten worden ingevoegd. Om de vissen te verwijderen, sluit u de bovenste klep volledig, draait u de uitlaatklep van de visinlaat en draait u de opening naar beneden.

Open vervolgens de klep volledig. Gebruik een container om de vissen te verzamelen, samen met het water dat door de zwaartekracht uit het apparaat stroomt. Sluit ten slotte de inlaatuitlaatklep om de waterlekkage te stoppen.

Voordat trainingsprotocollen worden toegepast, is het noodzakelijk om de dieren gedurende een week minimaal 60 minuten per dag te laten acclimatiseren aan een relatief lage en constante snelheid. Voor elke trainingssessie is het noodzakelijk om de dieren 10 minuten te laten acclimatiseren. Na de acclimatisatieperiode moet Umax worden bepaald door de maximale zwemsnelheid tegen de stroom in te beoordelen.

Hiervoor wordt het debiet elke minuut met 0,02 meter per seconde verhoogd totdat de vis uitgeput is. Om de snelheid te verhogen, opent u eenvoudig de bovenste klep voorzichtig en controleert u de snelheid via het LCD-scherm. Onderwerp de vissen gedurende 35 minuten aan geforceerd zwemmen tegen de waterstroom in bij 60% van Umax, zoals bepaald in de maximale capaciteitstest.

Merk op dat de vis gedurende de eerste 10 minuten gewend is aan dezelfde snelheid als de sedentaire groep, 0,06 meter per seconde. De vissen zwemmen tegen het constante waterdebiet in zonder een staat van fysieke uitputting te bereiken. Stel de vissen bloot aan geforceerd zwemmen, afwisselend met zwemsnelheden.

Twee minuten op 90% van de Umax, gevolgd door twee minuten op 30% van de Umax, herhaald gedurende 18 minuten, negen cycli. De vissen zwemmen tegen een afwisselend waterdebiet in zonder een staat van fysieke uitputting te bereiken. De opstelling was nauwkeurig, waardoor fijne aanpassingen in de stroomsnelheid mogelijk waren.

De fout was echter ongeveer 30%wanneer de snelheid laag was, 0.06 meter per seconde. Wanneer de snelheid hoog was, rond de 0,3 meter per seconde en 0,5 meter per seconde, lag het foutenpercentage slechts tussen de drie en vier procent. De hoogste snelheden die tijdens de training werden bereikt, waren 0,4 meter per seconde in de zittende groep, 0,44 meter per seconde in de matige trainingsgroep en 0,49 meter per seconde in de groep met hoge intensiteit in de laatste duurtest.

Beide trainingsregimes waren ontworpen om dezelfde afstand af te leggen, maar het trainingsprotocol met hoge intensiteit resulteerde in snellere prestatieverbeteringen, zoals blijkt uit de wekelijkse Umax-verhoging. De vissen die werden blootgesteld aan training met hoge intensiteit, verbeterden hun prestaties met 10% per week, in totaal ongeveer 30%. Aan de andere kant vertoonden de vissen die werden blootgesteld aan matige training een langzamere vooruitgang, met een merkbare toename van 10% in Umax pas in de derde week, en geen verdere verbetering in de volgende week.

Deze resultaten laten zien hoe de keuze van trainingsprotocollen de fysieke prestaties van zebravissen anders kan beïnvloeden. In deze studie hebben we een nieuw kosteneffectief oefensysteem gecreëerd, geïnspireerd op bestaande zwemtunnel- en gootsystemen. Dit systeem maakt een grondig onderzoek van de zwemprestaties van zebravissen mogelijk.

We bepaalden Umax door de waterstroom geleidelijk te verhogen totdat de vissen uitgeput waren, gekenmerkt door drie opeenvolgende vermoeidheiden of het onvermogen om tegen de stroom in te blijven zwemmen. Deze bevindingen hielpen ons om twee trainingsprotocollen te ontwerpen en de effectiviteit van ons zwemtunnelapparaat voor het beoordelen van de fysieke prestaties van zebravissen te bevestigen. Bovendien is dit compacte systeem veelzijdig, dekt het een breed scala aan waterstroomsnelheden en maakt het het gemakkelijk om trainingsprotocollen aan te passen.