Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Biology

تدابير القلب والتنفس الصناعي في أسعار التحرك بحرية جراد البحر

doi: 10.3791/1594 Published: October 15, 2009

Summary

اللافقاريات تظهر تعاطفا اللاإرادي مثل استجابة مماثلة لتلك التي وصفها لالفقاريات. تنسيق نظم القلب والأوعية الدموية والتنفسية يسمح لقياس مؤشر البيولوجية التي لتقييم حالة الكائن الداخلية.

Abstract

استجابة الخوف ، والطيران أو القتال بمثابة الأساس الفسيولوجية الأساسية لدراسة الوعي كائن حي لبيئته في إطار هجوم وشيك المفترس. على الرغم من أنه ليس من المعروف ما إذا كانت تمتلك اللافقاريات نظام العصبي متطابقة إلى أن من الفقاريات ، تبين الأدلة اللافقاريات لديها استجابة متعاطفة مثل لتنظيم البيئة الداخلية وعلى استعداد للعمل الكائن سلوكيا لمنبهات معينة. وعلاوة على ذلك ، يمكن قياس هذه الاستجابة الفسيولوجية وعمليا بمثابة مؤشر بيولوجي للدولة الحيوان الداخلية. ويمكن قياس الاستجابة الفسيولوجية تكون ذات صلة مباشرة الى الضغوطات الداخلية والخارجية من خلال التغييرات في تنسيق الجهاز العصبي المركزي للرقابة نظم القلب والأوعية الدموية والجهاز التنفسي. بشكل أكثر تحديدا ، ورصد معدلات التهوية القلب والقابلة للقياس الكمي توفير تدابير للاستجابة الضغوط ليست دائما وحظ سلوكيا. جراد البحر والكائنات نموذجا جيدا للقلب وقياس معدل التنفس نظرا لإمكانية تسجيل ، فضلا عن التاريخ الغني المعروف في التشكل من جراد البحر ويعود تاريخها إلى هكسلي في عام 1888 ، والسلوكيات مدروسة نموذجي.

Protocol

مقدمة

يجب أن الكائنات المعرض مجموعة واسعة من السلوكيات على الاستجابة للمحفزات يهدد والتغيرات في البيئة. غير مدروسة الاستجابة اللاإرادي في الفقاريات والكفاح أو استجابة الرحلة التي الجهاز العصبي السمبثاوي تستعد فسيولوجيا البيئة الداخلية (كاربنتر ، 1976 ؛. نيكولز وآخرون ، 2001). ومن خلال التغيرات الفسيولوجية التي يمكن أن تنظم كائن استجابة الضغوط وتغيير السلوك للرد على هجوم وشيك أو التغير البيئي. تبين الأدلة أن يرتبط بإحكام نظام القلب والأوعية الدموية مع الجهاز التنفسي وبالتالي تمكين البيئة الداخلية للرد وتنفيذ استجابة. ومن المعروف جيدا أن السيطرة اللاإرادي من الجهاز التنفسي والقلب والأوعية الدموية يمكن أن تنظم توافر الأكسجين والمواد المغذية إلى الأنسجة المستهدفة المحددة اللازمة للاستجابة السلوكية وشيكة.

في الفقاريات ، فإن الاستجابة الفسيولوجية اللاإرادي وحتى تطورت بشكل جيد ، بل يبدو من المرجح أن اللافقاريات المعقدة سوف تمتلك بالمثل نظام الاستجابة المتقدمة (Schapker وآخرون ، 2002 ؛. Zavarzin ، 1941). على الرغم من الفقاريات واللافقاريات ومنهجية مختلفة جدا ؛ اللافقاريات متطورة تتطلب استجابة سريعة القلب والأوعية الدموية والجهاز التنفسي للرد في معركة أو طريقة الطيران. لافقاريات كثيرة ، يمكن كميا استجابة متعاطفة مثل الفسيولوجية. يعود تاريخها إلى عام 1927 ، وقد أجريت العديد من الدراسات في وقت مبكر جدا في اللافقاريات ، وذلك باستخدام المفصليات تحديدا في عام (إلكسندروفيتش ، 1932 ؛ أورلوف ، 1927 ؛ Zavarzin ، 1941).

ومن المعروف أن جراد المعرض مجموعة واسعة من السلوكيات السريع وكذلك القدرة على تقييم والاستجابة للمؤثرات البيئية. وقد لاحظت دراسات في وقت مبكر جدا استجابة متعاطفة مثل لاستجابة فورية وسريعة للمواقف الدفاع (بيث ، 1897 ؛ هكسلي ، 1880 ؛ Shuranova وآخرون ، 2006 ؛. يرسما ، 1961). قلب جراد الكبار العصبية تسيطر منذ فوز والإيقاع وفقا للنظام العصبي المركزي (إلكسندروفيتش ، 1932 ؛ Yamagishi وهيروس ، 1997 ؛. Yamagishi وآخرون ، 1997 ؛ يلكنز ، 1999). بشكل روتيني ، وقياس معدل ضربات القلب حيوان (HR) يوفر مقياسا مباشرا لاستثارة والاستعداد للبيئة الداخلية. في جراد البحر ، ويلاحظ زيادة في الموارد البشرية خلال المواقف الدفاعية عندما قدم مع الحافز تهدد المتصورة (Listerman وآخرون ، 2000). وظهر أيضا هذا النوع من استجابة الجهاز العصبي في الكركند الشوكي (يازاوا وKatsuyama ، 2001).

هو أيضا نظام التهوية للرقابة neuronally مع مولد نمط التنفس الصناعي المركزية (VPG) المسؤولة عن امتصاص الاكسجين عبر الخياشيم بفعل الضخ من اثنين من لواحق المتخصصة scaphognathites يسمى (مندلسون ، 1971). A scaphognathite واحد يقيم في كل غرفة خيشومي في نهايات الأمامي وتوجه المياه عبر الخياشيم من قبل حركة إيقاعية (باستور ، 1968). وVPG ، مثل مع القلب ، ويمكن عن طريق التضمين عوامل كثيرة. العمل السابق في السلطعون ، يظهر السرطان الماجستير ويمكن تغيير إيقاع القلب والتنفس الصناعي عن طريق التحكم من خلال الخلايا العصبية المركزية الأمر (يلكنز وآخرون ، 1974). بالإضافة إلى ذلك ، يعرف نشاط VPG مع تغير في الاستجابة الداخلية والتفاعلات الاجتماعية مع التغيرات البيئية أو في القشريات (Burmistrov وShuranova ، 1996 ؛ Cuadras ، 1979 ، 1980 ؛ لي وآخرون ، 2000 ؛. Listerman وآخرون. ، 2000 ؛ مكماهون ويلكنز ، 1983 ؛ Schapker وآخرون ، 2002 ؛. Shuranova وآخرون ، 2002 ؛. يلكنز ، 1976). كما رأينا في جراد البحر ، ويمكن للنشاط اجهزة التنفس الصناعي (VR) تختلف تبعا للحالة الداخلية والتغيرات في الواقع الافتراضي يمكن تسجيلها خلال محفزات خارجية غير متوقعة (Shuranova وآخرون ، 1993 ؛. Shuranova وآخرون ، 2002).

يرجع ذلك إلى الاعتماد على الموارد البشرية وجدوى وتدابير VR ، فإن الأسئلة في المستقبل أن يطلب لا حصر لها. كما لوحظ سابقا ، وقد تم إنجاز عمل لدراسة استجابة اللاإرادي خلال التفاعلات الاجتماعية والاضطرابات البيئية. ومن المثير للاهتمام ، وتترك الكثير من المناطق لاستكشاف مثل فحص الاستجابة اللاإرادي أثناء التغيرات الهرمونية الطبيعية و / أو غيرها من العمليات الفسيولوجية التي تحدث في الكائن الحي. قد الاتجاهات المحتملة في المستقبل أيضا دراسة متعاطفة مثل الاستجابات خلال التزاوج والشمية استقبال الكيميائية. الأهم من ذلك ، قد الاستجابات الفسيولوجية توفير قدر أكبر من نظرة ثاقبة استجابة الكائن الحي للبيئة مقارنة الملاحظات السلوكية منذ الحيوانات لا تستجيب دائما سلوكيا عندما يكونون يعدون أنفسهم داخليا. وبالتالي ، فإن القياس الفسيولوجي يوفر مؤشر البيولوجية لتقييم حالة كائن حي الداخلية وهو ما قد يفسر التغيرات الشاملة في كائن حي.

طرق

> الكهربائية للتسجيل (رسم القلب) إجراءات القلب ومعدلات التهوية

قبل البدء في سلك جراد البحر ، ويلزم إعداد أسلاك. قطع اثنين معزول أسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ (0.005 بوصة وقطرها مع طلاء 0.008 بوصة ؛ AM الأنظمة ، Carlsburg ، WA) لفترة كافية لإدراجه في جراد البحر والوصول بشكل كاف كاشف مقاومة (UFI ، نموذج 2991). إزالة العزل (~ 0.5 مم) من خلال اطلاق النار على كل من طرفي الأسلاك التي سيتم إدراجها في درع. يجب أن نكون حذرين recoated تقم بإزالة الكثير من العزل كسلك عارية على السطح الخارجي للحيوان لمنع تسجيلات قصيرة مقاومة الدائرة. ثم ، باستخدام ملقط ثني ينتهي أحرق من الأسلاك في الزاوية 90 لالتنسيب إلى درع. تأكد من أن إدراج جزء من السلك ليست طويلة جدا لأن ذلك قد يلحق ضررا في الأعضاء الداخلية. عن جدوى إدخال الأسلاك في أنبوب بلاستيكي (الذي يحمي الأسلاك) ، فمن الأفضل أن تطور فضفاضة الأسلاك معا. إذا كان القلب وتسجيل معدلات التهوية ، كرر الخطوات أعلاه مرة ثانية ، ومجموعتين من الأسلاك ويمكن مضفر فضفاضة معا قبل التنسيب في أنابيب بلاستيكية. لا شك أن يعين الأسلاك للقلب ومعدل التهوية وذلك لعدم الخلط بين الاسلاك التي يعلقونها على مقاومة التي كشف للتسجيل. فمن الأفضل لتسمية قطع الأسلاك أو زوج واحد أقصر من الأخرى في البداية.

لمجد وآمن الأسلاك جراد البحر ، فمن الأفضل التفاف مخالب والساقين (ترك الظهر وتعرض جانب واحد) في قطعة قماش مبللة أو مناشف ورقية للقضاء على إصابة الشخص و / أو جراد البحر (الشكل 1).

الشكل 1 الشكل 1. التفاف على chelipeds والساقين من جراد البحر. وسوف يلتف حول جراد في منشفة ورقية مبللة منع إصابة الشخص وجراد البحر و. وسوف التفاف تعوق قدرة جراد البحر لنقل chelipeds والساقين.


للبدء في عملية الأسلاك ، فمن الأفضل أن تبدأ في غرفة الخيشومية منذ درع سمك يختلف مع كل جراد البحر والقوة الزائدة يمكن أن تسبب تلفا للأعضاء الداخلية ، وبالتالي من خلال البدء في غرفة الخياشيم ، والضغط الزائد هو أقل عرضة للقتل وجراد البحر بالمقارنة مع غرفة القفص الصدري. يتم إجراء ثقب الأولى باستخدام نقطة غرامة مشرط والكبيرة بما يكفي لسلك يمكن إدراجه تحت إهاب في منطقة منقاري للغرفة الخيشومية (أي غرفة prebranchial لرصد معدل التنفس ؛ Schapker وآخرون ، 2002). وسوف حفرة كبيرة وخسارة مفرطة الدملمف ولن الختم صحيح ، وهذا سيزيد من احتمال الأسلاك لن تبقى في الحفرة المعينة. مرة واحدة في السلك هو في مكان ، وانخفاض كمية صغيرة من الغراء (استر cyanoacrylate) والتسريع (HobbyTown الولايات المتحدة الأمريكية ، لكسينغتون ، كنتاكي) على السلك. استخدام الغراء سريع التجفيف يقلل من الإجهاد التعامل مع الحيوانات. كن حذرا لوضع كمية صغيرة فقط من على دواسة البنزين في إهاب لأن هذا هو سامة للجراد ، وسوف يتسبب في الوفاة. فمن الأفضل للقضاء على الفور أي مسرع الزائد قبالة مع منشفة ورقية. كرر هذه الخطوات السلك الثاني في غرفة الخياشيم. وتوضع هذه الأسلاك تمتد بين سنتين وscaphognathite (الجهاز التنفسي) لضمان قياس مقاومة قوية دقيقة خلال كل حركة scaphognathite (الشكل 2). للحصول على تسجيل دقيق ، تأكد أن لا يتم وضع السلك الثاني خارج الغرفة والخياشيم إلى غرفة القفص الصدري.

الشكل 2 الشكل 2. وضع أسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ في غرفة الخياشيم. النقط البيضاء على درع تمثل نقطة لأسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ لتوضع تحت بشرة. أسلاك تمتد scaphognathite والحركة من خلال قياس المعاوقة الحيوية.

الخطوات لمعدل ضربات القلب في غرفة الأسلاك الصدري هو نفس أعلاه باستثناء توضع الأسلاك تحت درع الظهرية مباشرة على القلب ، وتمتد في قلب ترتيب منقاري - الذيلية (الشكل 3). وسوف يضمن هذا الموضع قوية قياس المعاوقة دقيقة أثناء كل انقباض القلب (Listerman وآخرون ، 2001).


الشكل 3 الشكل 3. وضع أسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ في غرفة القفص الصدري. النقط البيضاء على درع تمثل نقطة لأسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ لتوضع تحت بشرة. أسلاك تمتد القلب في ترتيب منقاري - الذيلية. هذا سيسمح لاتخاذ تدابير من الانكماش القلب من خلال مقاومة الحيوية.


بمجرد وضع جميع الأسلاك الأربعة كاملة ، مزيج لاصقة الفورية (ايستمان ، 5 مين ه التجفيفpoxy) ومعطف الثقوب لكل موقع ، وكذلك أسلاك. حالما يتم تغطية وافية الأسلاك وحفر ثقوب ، استخدام الايبوكسي المتبقية لعقد أنابيب بلاستيكية إلى الجزء الخلفي من جراد البحر. وهذا سيضمن أن لا تكون الأسلاك انسحبت من ثقوب في handlings المستقبل. منذ الايبوكسي يستغرق بضع دقائق ليجف ، أو مكان عقد جراد البحر في وعاء من دون ماء حتى الايبوكسي لم يعد لزجة لمسة. بمجرد أن يجف الايبوكسي ، وغسل جراد البحر في المياه لإزالة المواد الكيميائية الزائدة ووضعها مرة أخرى في بيئة المائية. لضمان صحة جراد البحر ، فمن الأفضل لتغيير المياه في ساعة واحدة تقريبا لإزالة أي مواد كيميائية لم تتم إزالة سابقا. كما لوحظ وجدنا من المحققين السابقة ، ان معالجة طويلة يغير القياسات الفسيولوجية بسبب الإجهاد لمدة 24 ساعة من وقت إلى 3 أيام (يلكنز وآخرون ، 1985) ؛ لذلك ، ينبغي أن تترك الحيوانات لمدة 2 إلى 3 أيام قبل أي التجريب .

لتسجيل رسم القلب ، وربط الأسلاك من جراد البحر لكشف مقاومة. يجب أن يرفق السلكين تغطي القلب (HR قياس) للكشف عن مقاومة واحدة وكذلك لالسلكين تغطي scaphognathite (قياس VR). تدابير للكشف عن مقاومة المقاومة الديناميكية بين السلكين الفولاذ المقاوم للصدأ. وتسجل هذه الاشارات من خلال ربط كاشف على الخط لPowerLab عبر واجهة PowerLab/4SP (صكوك م). ويتم قياس جميع الأحداث ومعايرتها مع برنامج PowerLab الإصدار 5.5.6 الرسم البياني (AD الآلات ، واستراليا). لنبدأ ، تعيين نسبة الاستحواذ على 4 كيلوهرتز. فإن الانحرافات الكبيرة ومعدل ضربات القلب تمثل التهوية. لسهولة الفرز في كل الموارد البشرية / VR ، يمكن تطبيق الدالة تمهيد لمجموعة البيانات. إذا كانت ممهدة 100 نقطة (أي متوسط) سوف تتبع الناتجة تصور سوى دقات القلب. يمكن تحديد معدل ضربات القلب التي تهم مباشرة للتغلب على كل ما يزيد على 10 - S فترات وتحويلها بعد ذلك الى يدق في الدقيقة (BPM).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Scalpel Stainless steel surgical blades No. 11 for No. 3 handle
Stainless steel wire A-M Systems, Carlsburg, WA diameter 0.005 inches with the coating 0.008 inches
Impedance detector UFI model 2991
Plastic tubing Cole-Parmer Tygon Tubing ID .0812, OD .1492
Fast-drying glue (cyanoacrylate ester) HobbyTown USA, Lexington, KY
Accelerator HobbyTown USA, Lexington, KY
Adhesive Eastman 5-min drying epoxy
PowerLab via a PowerLab/4SP interface ADInstruments
PowerLab Chart AD Instruments, Australia software version 5.5.6
PowerLab Chart AD Instruments, Australia software version 3.5.6

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Alexandrowicz, J. S. The innervation of the heart of Crustacea. I. Decapoda. Wuart. J. Microsc. Sci. 75, 181-249 (1932).
  2. Bethe, A. Vergleichende Untersuchungen uber die Funtionen des Zentrainervensystems der Arthropoden. Pfluger s Arch. Ges. Physiol. 68, 449-545 (1897).
  3. Burmistrov, Y. M., Shuranova, Z. P. Russian Contributions to Invertebrate Behavior. Abramson, C. I., Shuranova, Z. P., Burmistrov, Y. M. Praeger. Westport, Connecticut. 111-144 (1996).
  4. Carpenter, M. B. The autonomic nervous system. Human Neuroanatomy. 7th ed, The William & Wilkins Co. Baltimore, MD. 191-212 (1976).
  5. Cuadras, J. Heart rate and agonistic behavior in unrestrained crabs. Mar. Behav. Physiol. 6, 189-196 (1979).
  6. Cuadras, J. Cardiac responses to visual detection of movement, mechanostimulation and cheliped improsed movement in hermit crabs. Comp. Biochem. Physiol. A. 66, 113-1171 (1980).
  7. Huxley, T. H. The Crayfish: An introduction to the study of zoology. MIT Press. Cambridge, MA. (1977).
  8. Li, H., Listerman, L. R., Doshi, D., Cooper, R. L. Use of heart rate to measure intrinsic state of blind cave crayfish during social interactions. Comp. Bichem. Physiol. 127A, 55-70 (2000).
  9. Listerman, L. R., Deskins, J., Bradacs, H., Cooper, R. L. Heart rate within male crayfish: social interactions and effects of 5-HT. Comp. Biochem. Physiol. 125, 251-263 (2000).
  10. McMahon, B. R., Wilkens, J. L. Ventilation, perfusion and oxygen uptake. Biology of Crustacea. Mantel, L., Bliss, D. 6, Academic Press. New York. 289-372 (1983).
  11. Mendelson, M. Oscillator neurons in crustacean ganglia. Science. 171, 1170-1173 (1971).
  12. Nicholls, J. G., Martin, A. R., Wallace, B. G., Fuchs, P. A. From Neuron to Brain. Sinauer Assoc. Sunderland, MA, USA. 315-317 (2001).
  13. Orlov, Y. Das Magenganglion des Fluβkrebses, Ein Beitrag zur vergleichenden Histologis des sympathischen Nervensystem. Z. Mikrosk. Anat. Forschung. 8, 67-102 (1927).
  14. Pasztor, V. M. The neurophysiology of respiration in decapod Crustacea: The motor system. Can. J. Zool. 46, 585-596 (1968).
  15. Schapker, H., Breithaupt, T., Shuranova, Z., Burmistrov, Y., Cooper, R. L. Heart rate and ventilatory correlative measures in crayfish during environmental disturbances and social interactions. Comp. Biochem. Physiol., A. 131, 397-407 (2002).
  16. Shuranova, Z. P., Vekhov, A. V., Burmistrov, Y. M. The behavioral reactions of fresh-water crayfish to sensory exposures: the autonomic components. Zh. Vyssh Nerv. Deiat Im I P Pavlova. 43, 1159-1169 (1993).
  17. Shuranova, Z. P., Burmistrov, Y. M. Ventilatory activity in free moving crayfish is indicative of its functional state and perceiving external stimuli. The Crustacean Nervous System. Wiese, K. Springer. Berlin. 526-535 (2002).
  18. Shuranova, Z. P., Burmistrov, Y. M., Strawn, J. R., Cooper, R. L. Evidence for an autonomic nervous system in decapod crustaceans. Inter. J. Zool. Res. 2, 242-283 (2006).
  19. Wiersma, C. A. G. Reflexes and the central nervous system. The physiology of Crustacea, vol II, Sense organs, integration, and behavior. Academic Press. New York. 241-279 (1961).
  20. Wilkens, J. L. Neuronal control of respiration in decapod Crustacea. Fed. Fed. Proc. 35, 2000-2006 (1976).
  21. Wilkens, J. L., Wilkens, L. A. Central control of cardiac and scaphognathite pacemakers in the crab Cancer magister. J. Comp. Physiol. 90, 89-104 (1974).
  22. Wilkens, J. L. The control of cardiac rhythmicity and of blood distribution in crustaceans. Comp. Biochem. Physiol. A. 124, 531-538 (1999).
  23. Yamagishi, H., Ando, H., Makioka, T. Myogenic heartbeat in the primitive crustacean Triops longicaudatus. Biol. Bull. 193, 350-358 (1997).
  24. Yazawa, T., Katsuyama, T. Spontaneous and repetitive cardiac slowdown in the freely moving spiny lobster, Panulirus japonicas. J. Comp. Physiol. 187, 817-824 (2001).
  25. Zavarzin, A. A. Ocherki po evol utsionnoj gistologii nervnoj sistemy (Essays on the evolutionary histology of the nervous system). Zavarzin, A. A., Izbrannye, T. III, Izdatel stvo AN SSSR. Moskva-Leningrad. (1950).
تدابير القلب والتنفس الصناعي في أسعار التحرك بحرية جراد البحر
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Bierbower, S. M., Cooper, R. L. Measures of Heart and Ventilatory Rates in Freely Moving Crayfish. J. Vis. Exp. (32), e1594, doi:10.3791/1594 (2009).More

Bierbower, S. M., Cooper, R. L. Measures of Heart and Ventilatory Rates in Freely Moving Crayfish. J. Vis. Exp. (32), e1594, doi:10.3791/1594 (2009).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter