Artigo de método

Medição não invasiva contínua das atividades cardíaca e comportamental de lagostins

DOI:

10.3791/58555

⸱

6 de fevereiro de 2019

 ,  ,  ,  ,  , 
1Faculty of Fisheries and Protection of Waters, South Bohemian Research Center of Aquaculture and Biodiversity of Hydrocenoses, University of South Bohemia in České Budĕjovice

* These authors contributed equally

Neste artigo

Resumo

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Este artigo apresenta um sistema de biomonitorização não invasivo para a gravação contínua e análises das atividades cardíaca e locomotor de lagostas. Este sistema consiste de um sensor ótico infravermelho próximo, um módulo de controle de vídeo e software para avaliar os batimentos cardíacos de lagostins que reflete sua condição fisiológica e caracteriza o comportamento de lagostins durante as flutuações de batimento cardíaco.

Resumo

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Um crustáceo é um organismo aquático pivotal que serve como um prático modelo biológico para estudos comportamentais e fisiológicos de invertebrados e um útil indicador biológico da qualidade da água. Apesar de lagostins diretamente não é possível especificar as substâncias que causam a deterioração de qualidade de água, pode imediatamente (dentro de alguns segundos) avisam os humanos de deterioração de qualidade de água através de alterações agudas em suas atividades cardíacas e comportamentais.

Neste estudo, apresentamos um método não invasivo que é simples o suficiente para ser implementado em várias condições devido a uma combinação de simplicidade e confiabilidade em um modelo.

Esta abordagem, em que os organismos biológicos são implementados em processos de avaliação ambiental, fornece um alarme confiável e oportuno para a alertar e prevenir deterioração aguda de água em um ambiente. Portanto, este sistema não invasivo baseado em lagostas fisiológicas e gravações etológicas parâmetro foi investigada para a detecção de alterações em um ambiente aquático. Este sistema é agora aplicado em uma cervejaria local para controlar a qualidade da água utilizada para a produção de bebidas, mas pode ser usada em qualquer tratamento de água e sistema de abastecimento para avaliação de qualidade de água contínua, em tempo real e para laboratório regular investigações de fisiologia cardíaca de lagostins e comportamento.

Introdução

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Objecto de pedidos dos organismos aquáticos, como organismos modelo para várias investigações de laboratório1,2 e como ferramentas para monitorar a qualidade de água industrial e natural/ambiental3,4 , aparenta ser bem estudado. No entanto, este tópico é ainda de notável interesse para os seres humanos, independentemente se eles pertencem à comunidade científica, ou para outras ocupações. Apesar da existência de um número de métodos avançados para o monitoramento de determinados parâmetros (chamados "biomarcadores")5,6,7,8, os requisitos mais importantes para a seleção de um indicador é composto por três fatores simples: (i) simplicidade, (ii) confiabilidade e disponibilidade (iii) geral.

Lagostas, como um representante essencial da fauna de água doce, distingue-se porque é encontrada em todo o mundo, é generalizada e, na maioria dos casos9, tem uma carapaça suficientemente grande e dura apropriada para manipulação. Este crustáceo pertence ao grupo de invertebrados mais elevados que fornecem suficiente desenvolvimento de sistemas fisiológicos vitais e respectivos órgãos enquanto, ao mesmo tempo, manter uma organização relativamente simples10.

Métodos baseados na avaliação da gama de parâmetros biológicos e/ou comportamentais dos lagostins, conforme descrito na literatura científica, contribuíram significativamente para o desenvolvimento de estudos de biomonitorização e lagostins em geral. A maioria dos métodos invasivos disponíveis atualmente para medições de frequência cardíaca de lagostins é baseada em gravações de eletrocardiograma que exigem um procedimento cirúrgico complexo e precisos11,12,13; tais manipulações podem causar stress significativo para e podem exigir adaptação prolongada por lagostim. Além disso, não é conhecido como long um crustáceo pode transportar tais eletrodos e se isso vai muda com êxito enquanto carregava tal penhora. Os métodos não-invasivos descritos baseiam-se em gravações pletismográfico, que são complicadas pela complexidade de hardware e requerem um circuito de condicionamento para filtragem do sinal14 e uma amplificação ou componentes ópticos precisos e caros15 ,16.

Neste estudo, descrevemos uma abordagem que contribui para resultados existentes e oferece novas alternativas para melhorar os procedimentos de medição de frequência cardíaca de lagostins atual. Entre as vantagens, encontram-se (i) um anexo rápido e não invasivo que não requer uma adaptação fisiológica prolongada; (ii) capacidade dos lagostins para transportar o sensor dentro de um período de alguns meses, muda a muda; (iii) o software capaz de monitorização cardíaca em tempo real e atividades comportamentais e a avaliação dos dados obtidos simultaneamente várias lagostas; (iv) um preço baixo de fabricação e simplicidade. O sistema de biomonitorização que descrevemos permite a não-invasivo e contínuo acompanhamento das atividades cardíaca e locomotor lagostins com base nas alterações nas características etho-fisiológicos dos lagostins. Este sistema pode ser facilmente aplicado em exames de laboratório de fisiologia cardíaca de lagostins e/ou a etologia, juntamente com as implementações industriais para controlar a qualidade da água nas instalações de tratamento e abastecimento de água.

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Protocolo

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1. lagostins seleção

  1. Para aplicar com sucesso a abordagem atual de lagostins, selecionar os respectivos espécimes adultos com tamanhos suficientes de carapaça (que é um comprimento de carapaça de pelo menos 30 mm) para fixação do sensor, visualmente examiná-lo para a ausência de doenças e verificar se eleva ambos queles quando é tocado. Os parâmetros acima mencionados indicam um estado elegível de lagostins saúde.
    Nota: Se várias lagostas são esperadas para ser usado no julgamento e estão expostas às mesmas condições, o grupo experimental deve ser formado com base em vários parâmetros: (i) semelhante peso e comprimento; (ii) taxa de coração comparável; (iii) pronunciada atividade noturna; (iv) consumo de alimentos regular; (v) inter muda período17. Às vezes, é difícil definir se um crustáceo é perto muda pelas medições de frequência cardíaca ou exames visuais ou tátil Portanto, as análises do teor de proteínas totais do lagostim hemolinfa podem ser útil. Conteúdo de proteína deverá ser maior quando o crustáceo é mais perto do que a muda na Inter muda estado18.

2. gravação de comportamento e atividade cardíaca de lagostins

  1. Fim de canaliza medir as taxas de coração de lagostins, preliminarmente prepare o sensor para este procedimento. Antes disso, colocado um crustáceo no tanque com água e deixe aclimatar lá por alguns dias, já que a preparação dos sensor19 também levará alguns dias.
    1. Axialmente casal um IR diodo emissor de luz (LED) com um fototransistor. Anexar o circuito do sensor óptico em uma placa; será necessária uma fonte de alimentação de 5 V. Para a conexão do LED, coloque um resistor de 200 Ω na placa de sensor de IR; para conectar o fototransistor, coloca um resistor de 220 Ω no tabuleiro.
    2. Quando anexado de lagostim, a saída do sensor é modulada pela quantidade de hemolinfa enchendo o músculo cardíaco de lagostins e espalha uma luz incidente do LED. A fim de evitar interferências recíprocas da luz pelo LED iluminado do IR e a luz do coração de lagostins, que é recebido pelo fototransistor, refletida de IR coloca um pequeno muro (0,5 x 1,5 x 4 mm, espessura x altura x largura) de plástico antiestático preto entre o LED e o fototransistor.
    3. Coloque o LED em um pacote à prova d'água e cubra a superfície do sensor com o gel impermeável dieléctrico do lado adjacente à carapaça para a proteção dos componentes eletrônicos de dano potencial (Figura 1). Deixe o gel secar por 3 dias para ganhar suas melhores propriedades protetoras.
    4. Para um sinal analógico, ligar cabos flexíveis finos (cerca de 3 m de comprimento) para o sensor e ligar para o conversor analógico-digital (ADC); a partir disso, um sinal digitalizado vai ser transferido para um computador pessoal através de uma interface USB, em que ponto as informações sobre o crustáceo atividade cardíaca é salvo, analisados em tempo real com um software especial (ver Tabela de materiais) e armazenado para mais análises detalhadas.
  2. Assim que o sensor está preparado, anexá-lo para o crustáceo. Para isso, ligue o computador e executar o software. Determine o número de lagostas deve ser fixado os sensores e a taxa de coração gravada para ser salvas no arquivo data.
  3. Retire as lagostas da água e limpe o seu lado de carapaça dorsal com uma toalha de papel. Enrole a queles e abdômen de lagostim a toalha de papel para evitar quaisquer danos por mão humana e para eliminar o estresse adicional sobre o crustáceo causado por mãos humanas quentes.
    Nota: Não utilize um resfriamento anterior de lagostim no gelo ou no congelador para sua imobilização antes de manipulações com o acessório de sensor. A diferença de temperaturas leva lagostins dorsal superfície pranto que, por sua vez, leva à fixação do sensor não confiável e rápido desprendimento adesivo da carapaça do lagostim.
  4. Prepare uma superfície (ou seja, pegue um pequeno pedaço de plano de plástico ou rasgar um pedaço de fita adesiva e corrigi-lo para uma tabela) e um pedaço de pau para misturar a cola. É necessário pressionar duas gotas pequenas (de um diâmetro de cerca de 0,5 cm) de tubos A e B contendo cola epoxy cola e rapidamente misturá-los.
  5. Anexar o sensor para a carapaça dorsal de lagostins e tentar encontrar o lugar em que a amplitude do sinal cardíaco seria máxima. Segure os lagostins com o sensor em uma mão e, usando a outra mão livre, coloque uma gota de cola misturada em cada um dos quatro fios auxiliares localizados no sensor (corrigi-los entre as etapas 2.1.1 e 2.1.4.). Não mova o sensor pelo menos 5 min até que a cola endurece (o endurecimento da cola depende da temperatura ambiente e umidade).
    Nota: Ao fixar o sensor para a carapaça de crustáceo, examine cuidadosamente a área cardíaca toda do lado de carapaça para definir a área com a melhor amplitude de sinal cardíaco (máxima). Isso vai ajudar o software a fornecer cálculos mais precisos de frequência cardíaca.
  6. Toque a cola usando uma mão livre e se não é pegajosa, colocar o crustáceo sem invólucro com o sensor anexado (Figura 2) para a caixa sem água por mais alguns minutos até que a cola esteja completamente seca.
    Nota: Uma temperatura ideal para manipulação de lagostins e cola varia de 18 a 22 ° C. A estas temperaturas, a cola endurece dentro de 5 a 7 min e está completamente seca dentro de 8 a 10 min. A temperaturas mais baixas, o stress no crustáceo é menos pronunciado; no entanto, a cola precisa de mais tempo para endurecer, cerca de 15 a 20 min sob 15 ° C e 10 ° C, respectivamente. Em temperaturas mais altas, especialmente acima de 25 ° C, a cola endurece dentro de 3 min, mas o crustáceo sofre estresse muito mais; Portanto, tente minimizar a exposição do crustáceo para condições extremas, sem água.
  7. Antes de voltar a lagosta no tanque, mergulhe seu cefalotórax a água várias vezes com curtos intervalos de alguns segundos para permitir uma descarga do ar acumulado nas brânquias, e deixe a lagosta na água para cerca de 1 h para remover quaisquer produtos químicos em excesso. Após este processo está completo, liberar as lagostas na água e deixe que se aclimate por uma a duas semanas sob condições experimentais, dependendo os índices fisiológicos observados. Troca de água ideal durante os períodos de aclimatação é todos os dias.
    Nota: Características de lagostins que têm aclimatados e estão em um estado saudável incluem cardíaco circadian pronunciado e atividades locomotoras, consumo regular de alimentos e gastar mais luz do dia em um abrigo especializado (se fornecido).

3. câmera e configuração do Software

  1. Inicie o software; a câmera de vídeo automaticamente irá acender.
  2. Selecione uma opção de deteção de movimento, detectar completamente a área de cada tanque na tela e o software iniciará o comportamento de rastreamento e vinculando-o com as gravações de atividade cardíaca.
    Nota: Um módulo de detecção de movimento de lagostins consiste em uma câmera de vídeo que controla o comportamento do lagostim abaixo do tanque e o software que combina o comportamento com atividade cardíaca. Os dados do módulo são usados para facilitar o processamento de dados de atividade cardíaca mais preciso, eliminando os períodos em que o crustáceo demonstra alta atividade locomotiva. Movimentos de lagostins súbita (ou seja, uma reação de fuga ou iniciação de alimentação) podem resultar em oscilações ou picos de curto prazo em sinais cardíacos que podem reduzir a precisão dos cálculos de intervalo cardíaco.

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Resultados

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Como resultado, obtivemos uma combinação de lagostins atividades cardíacas e comportamentais, gravadas e salvas em um arquivo de formato txt (Figura 3). Além do número de lagostas experimentais, a data e a taxa de amostragem, o arquivo consiste de três colunas: (1) o tempo contínuo no formato hh; (2) a taxa de coração automaticamente calculada em batimentos por minuto; (3) a locomoção registrado como ausência (0) ou presença (1) de qualquer movimento. Quando ...

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Discussão

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Tem sido amplamente sugerido que a medição de certos parâmetros fisiológicos (tais como o coração ou a taxa de ventilação ou ambos) é um método mais confiável para gravação de reações de lagostins que a avaliação das respostas comportamentais que não ocorrem sempre imediatamente11. No entanto, é evidente que a abordagem mais eficiente para avaliar as reações de lagostins reais às mudanças ambientais é a combinação de atividade cardíaca e gravações de comportamento desde que torna possível ver as r...

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Divulgações

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Os autores não têm nada para divulgar.

Agradecimentos

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Este estudo foi suportado pelo Ministério da educação, juventude e esportes do n ° República Tcheca-projetos "CENAKVA" CZ.1.05/2.1.00/01.0024 e 'CENAKVA II ' não. LO1205 sob a sustentabilidade nacional programa I, pela Agência de Grant da Universidade da Boêmia do Sul em České Budějovice (012/2016/Z) e pela Agência de Grant da República Checa (n º 16-06498S)

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Diodo LED IR, KINGBRIGHT ELECTRONICKP-3216F3C
FototransistorEVERLIGHTELPT15-21C
ResistorROYAL OHM0805S8J0201T5E
ResistorROYAL OHM0805S8F2200T5E
CapacitorKEMETCabo C0805C334K5RACTU
TECHNOKABELFTP Conector KAT.5E 4X2X0,14C
21348100380005 HARTING21348000380005
Gel dielétricoKRAYDENSylgard 535
Conversor analógico-digitalTEDIAUDAQ-1416CA
ColaKUPSITO.SK7338723044
câmera de vídeo KinectABCSTORE. CZGT3-00002
Software de análiseUniversidade da Boêmia do Sul em Ceske Budejovice, Faculdade de Pesca e Proteção das Águas, Instituto de SistemasLink para o software: www.frov.jcu.cz/crayfishmonitoring
Nome de usuário: frov
Senha: CF2018
, , , , , Conector Complexos

Referências

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