Ciągły nieinwazyjny pomiar czynności serca i zachowania raków

Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie środowiska i ekotoksykologii dotyczące związku między czynnościami serca i lokomotorycznymi w różnych ostrych i długotrwałych stanach stresowych. Główną zaletą tej techniki jest to, że raki nie wymagają skomplikowanych wcześniejszych manipulacji ani długotrwałej adaptacji i są w stanie przenosić czujniki przez kilka miesięcy między metodami. Implikacje tej techniki rozciągają się na zastosowania etiologiczne, fizjologiczne, ekotoksykologiczne i przemysłowe, ponieważ nieinwazyjny biomonitoring wspomagany rakami może być wdrażany w laboratoriach oraz zakładach uzdatniania i zaopatrzenia w wodę.

Chociaż ta metoda może zapewnić wgląd w serce, fizjologię oraz kontrolę zachowania i jakości wody raków, może być potencjalnie zastosowana do innych dużych skorupiaków słodkowodnych i morskich. Wizualna demonstracja tej metody ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia związku między nieinwazyjnym czujnikiem wykorzystującym światło bliskiej podczerwieni do oceny serca raka a modułami wykrywania ruchu opartymi na przetwarzaniu obrazu. Na kilka dni przed rozpoczęciem zabiegu wybierz dorosłe osobniki o wielkości pancerza co najmniej 30 milimetrów.

I zbadaj każdą próbkę pod kątem braku choroby i czy podnoszą obie cheli po dotknięciu. Następnie pozwól zdrowym rakom zaaklimatyzować się w zbiorniku z osiadłą wodą z kranu do dnia zabiegu. Jak tylko czujniki zostaną przygotowane, otwórz oprogramowanie czujnika na komputerze i wprowadź liczbę raków, które mają być przymocowane do czujników i wyświetlone na ekranie.

Ustaw liczbę tętna raków, które mają być wizualizowane. I użyj ręcznika papierowego, aby wysuszyć grzbietowy pancerz pierwszego zwierzęcia. Zawiń cheli i brzuch raków w ręcznik papierowy, aby uniknąć uszkodzeń i wyeliminować dodatkowy stres zwierzęcia.

I przymocuj cenzor do pancerza grzbietowego w pozycji umożliwiającej maksymalną amplitudę sygnału serca. Trzymając rak z czujnikiem w jednej ręce, drugą ręką dodaj kroplę świeżo zmieszanego kleju epoksydowego na każdy z czterech pomocniczych przewodów znajdujących się na czujniku. Następnie pozostaw klej do wyschnięcia bez przesuwania czujnika przez co najmniej pięć minut.

Gdy klej nie jest już lepki w dotyku, umieść rozpakowane raki i czujnik w pudełku bez wody na kilka minut, aż klej całkowicie wyschnie. Przed przeniesieniem raków z powrotem do zbiornika zanurz głowotułów w wodzie zbiornika na kilka sekund kilka razy, aby odprowadzić powietrze, które nagromadziło się w skrzelach. I pozostaw raki w zbiorniku na wodę na około godzinę, aby usunąć nadmiar chemikaliów.

Następnie wypuść raki do eksperymentalnych zbiorników wodnych na jeden do dwóch tygodni aklimatyzacji i w odpowiednich warunkach doświadczalnych w zależności od obserwowanych wskaźników fizjologicznych. Jak tylko raki zostaną umieszczone w zbiornikach eksperymentalnych, uruchom oprogramowanie. Kamera wideo włączy się automatycznie.

Następnie wybierz opcję wykrywania ruchu i zlokalizuj każdy zbiornik na ekranie, aby rozpocząć śledzenie zachowania i łączenie zachowania raków z zapisami aktywności serca. Zarejestrowane czynności kardiologiczne i behawioralne raków można zapisać w pliku w formacie TXT. Bardzo ważne jest, aby w analizie uwzględnić lokomocję raków, ponieważ aktywność ta może powodować zmiany w częstości akcji serca.

Dla przykładu, w owym eksperymencie dziesięć sekund po rozpoczęciu eksperymentu zapach żywności był dostarczany do zbiornika za pośrednictwem pompy perystaltycznej. Po 14 sekundach rak rozpoznał bodziec i jego tętno nieznacznie spadło z powodu tzw. reakcji orientacyjnej. Po 20 sekundach częstość akcji serca wzrosła, co spowodowało zmniejszenie interwałów pracy serca.

Po 26 sekundach rak przesunął się w kierunku źródła bodźca i zarówno fizjologiczne pobudzenie spowodowane zapachem jedzenia, jak i inicjacja lokomocji spowodowały znaczny wzrost częstości akcji serca. Po 37 sekundach stwierdzono nagłe ruchy raków, które mogły znacząco przyczynić się do wzrostu częstości akcji serca podczas reakcji na bodziec. Rzeczywiście, zaburzony rak zazwyczaj wykazuje wzrost częstości akcji serca, który często wiąże się z okazjonalną lokomocją.

Jednak nawet nieruchome raki mogą wykazywać wysokie tętno, które również wskazuje na wyraźny stres. Tętno niezakłóconego raka charakteryzuje się monotonną amplitudą krzywej bicia serca i w przybliżeniu równymi odstępami pracy serca między każdym szczytem serca. Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać, że szybkie i dokładne zamocowanie czujnika spowoduje mniejszy stres u zwierząt doświadczalnych, umożliwiając uzyskanie precyzyjnych cech fizjologicznych.

Bardziej zaawansowane metody monitorowania obejmują w pełni bezdotykowe monitorowanie raków, które pozwala na określenie częstotliwości bicia serca przy użyciu tylko połączenia czujnika bliskiej podczerwieni i czułej kamery. Po jego opracowaniu, podejście to utorowało drogę naukowcom zajmującym się zachowaniem, fizjologią, rozmnażaniem i androgyne raków i innych dużych bezkręgowców wodnych do badania środowiskowego i antropogenicznego wpływu na organizmy bioindykacyjne. Do nieinwazyjnego biomonitoringu ma bardzo praktyczne zastosowanie w lokalnej odmianie w Czechach jako system wczesnego monitorowania jakości wody w czasie rzeczywistym.

Podczas gdy stabilność stanu wody jest stale oceniana na podstawie dynamiki cech ekofizjologicznych raków.