Waiting
Login processing...

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

Biology

Maatregelen van Hart en Ventilatoire de tarieven in vrij bewegende Rivierkreeftjes

doi: 10.3791/1594 Published: October 15, 2009

Summary

Ongewervelde dieren tonen een autonome sympathische-achtige reactie vergelijkbaar met die beschreven voor gewervelde dieren. De coördinatie van de cardio-vasculaire en respiratoire systemen maakt voor het meten van een biologische index waarin een organisme interne toestand te beoordelen.

Abstract

De angst, vlucht of vecht reactie fungeert als de fundamentele fysiologische basis voor de behandeling van een organisme zich bewust is van zijn omgeving op grond van een op handen zijnde aanval roofdier. Hoewel het niet bekend is of ongewervelde dieren bezitten een autonome zenuwstelsel identiek aan die van gewervelde dieren, bewijs laat zien ongewervelde dieren hebben een sympathieke-achtige reactie op de interne omgeving en klaar het organisme om gedragsmatig handelen om een ​​bepaalde prikkels te reguleren. Bovendien kan deze fysiologische respons haalbare wijze gemeten en het fungeert als een biologische index voor de interne van het dier staat. Metingen van de fysiologische respons kan direct verband houden met interne en externe stressoren worden door veranderingen in het centrale zenuwstelsel beheerst de coördinatie van de cardio-vasculaire en respiratoire systemen. Meer specifiek, monitoring hart-en ventilatie-tarieven bieden kwantificeerbare maatregelen van de stress respons niet altijd gedragsmatig waargenomen. Kreeften zijn goed model organismen voor hart-en ademfrequentie metingen te wijten aan de haalbaarheid van de opname, evenals de rijke geschiedenis bekend van de morfologie van de rivierkreeft, die teruggaat tot Huxley in 1888, en de goed bestudeerde typische gedrag.

Protocol

Introductie

Organismen moeten vertonen een breed scala van gedragingen om te reageren op bedreigende stimuli en veranderingen in de omgeving. De autonome respons is goed bestudeerd bij gewervelde dieren als de vecht-of vluchtreactie waarbij het ​​sympathische zenuwstelsel fysiologisch duiten de interne omgeving (Carpenter, 1976;. Nicholls et al., 2001). Het is door fysiologische veranderingen die een organisme kan de reactie op stress te regelen en te veranderen het gedrag om te reageren op een dreigende aanval of veranderingen in het milieu. Uit onderzoek blijkt dat de cardio-vasculaire systeem nauw is verbonden met de luchtwegen waardoor de interne omgeving te reageren en implementeren van een reactie. Het is bekend dat de autonome controle van de respiratoire en cardiovasculaire systemen kunnen beschikbaarheid van zuurstof en voedingsstoffen naar specifieke doelgroepen weefsels die nodig is voor een dreigende gedrag reactie te reguleren.

In gewervelde dieren, de autonome en fysiologische respons is zo goed ontwikkeld, het lijkt waarschijnlijk dat complexe ongewervelden dezelfde zou een ontwikkeld response systeem bezit (Schapker et al., 2002;. Zavarzin, 1941). Hoewel gewervelde en ongewervelde zijn zeer verschillend systematisch; sterk ontwikkelde ongewervelde dieren vereisen de snelle cardiovasculaire en respiratoire respons om te reageren in een strijd of vlucht manier. Voor veel ongewervelde dieren, kan een sympathieke-achtige fysiologische respons worden gekwantificeerd. Dateert uit 1927, zijn veel van de zeer vroege studies zijn uitgevoerd bij ongewervelde dieren, met name met behulp van geleedpotigen in het algemeen (Alexandrowicz, 1932, Orlov, 1927; Zavarzin, 1941).

Rivierkreeft is bekend dat ze een breed scala van rapid gedrag en de mogelijkheid om te beoordelen en te reageren op prikkels uit de omgeving vertonen. Zeer vroege studies hebben opgemerkt een sympathieke-achtige reactie van een onmiddellijke en snelle reactie van de verdediging pose (Bethe, 1897, Huxley, 1880; Shuranova et al., 2006;. Wiersma, 1961). De volwassen rivierkreeft hart is neurogene, omdat de beat en ritme worden aangestuurd door het centrale zenuwstelsel (Alexandrowicz, 1932, Yamagishi en Hirose, 1997;. Yamagishi et al., 1997; Wilkens, 1999). Routinematig meten van het hart van een dier rate (HR) biedt een directe meting van prikkelbaarheid en bereidheid van de interne omgeving. In rivierkreeft, is een toename van de HR geconstateerd tijdens de verdediging houding wanneer voorgesteld met een ervaren bedreigende stimulus (Listerman et al.., 2000). Dit type van het zenuwstelsel respons was ook te zien in langoesten (Yazawa en Katsuyama, 2001).

Het ventilatoire systeem is ook neuronally gecontroleerd met een ventilatoire centrale patroon generator (VPG) verantwoordelijk voor de opname van zuurstof in de kieuwen van de pompwerking van twee gespecialiseerde appendages genoemd scaphognathites (Mendelson, 1971). Een enkele scaphognathite verblijft in elk branchial kamer aan de voorste uiteinden en trekt water over de kieuwen door een ritmische beweging (Pasztor, 1968). De VPG, net als met het hart, kan gemoduleerd worden door vele factoren. Vorige werk in de krab, Cancer magister shows hart-en ventilatoire ritme kan worden gewijzigd door de centrale controle door middel van commando neuronen (Wilkens et al.., 1974). Bovendien is de activiteit van de VPG bekend te veranderen met veranderingen in de interne respons en met sociale interacties of ecologische veranderingen in de schaaldieren (Burmistrov en Shuranova, 1996; Cuadras, 1979, 1980; Li et al., 2000;. Listerman et al.. , 2000, McMahon en Wilkens, 1983; Schapker et al., 2002;. Shuranova et al., 2002;. Wilkens, 1976). Zoals te zien in de rivierkreeft, kan ventilatoire activiteit (VR) variëren afhankelijk van de interne toestand van en veranderingen in de VR kan worden opgenomen tijdens onverwachte externe stimuli (Shuranova et al., 1993;. Shuranova et al., 2002.).

Door de betrouwbaarheid en de haalbaarheid van HR en VR-maatregelen, de toekomst te stellen vragen zijn eindeloos. Zoals eerder opgemerkt, is het werk gedaan om de autonome respons tijdens sociale interacties en verstoringen van het milieu te onderzoeken. Interessant, zijn veel gebieden nog moet worden onderzocht, zoals het onderzoek van de autonome respons tijdens natuurlijke hormonale veranderingen en / of andere fysiologische processen in het organisme. Mogelijke toekomstige richtingen kan ook nagaan sympathiek-achtige reacties tijdens het paren en olfactorische chemische receptie. Het belangrijkste is, kan fysiologische reacties geven meer inzicht in een organisme als reactie op het milieu in vergelijking met gedragsobservaties omdat de dieren niet altijd gedragsmatig reageren wanneer ze klaarmaken zelf intern. Zo, de fysiologische meting geeft een biologische index voor de beoordeling van een organisme de interne toestand die algemene veranderingen kunnen verklaren in een organisme.

Methoden

Alvorens te beginnen met een rivierkreeft draad, is de voorbereiding van kabels die nodig zijn. Knip twee geïsoleerde roestvrij staaldraad (diameter 0,005 cm en met de coating 0,008 inch; AM Systems, Carlsburg, WA) lang genoeg om in te voegen in de rivierkreeft en adequaat een impedantie detector (UFI, model 2991) te bereiken. Verwijder de isolatie (~ 0,5 mm) door brand aan de uiteinden van de beide draden die zal worden ingevoegd in het kopborststuk. Wees voorzichtig niet te veel isolatie te verwijderen als een kale draad aan de buitenkant van het dier moet overschilderd worden om kortsluiting impedantie opnames te voorkomen. Dan, met pincet buig de verbrande uiteinden van de draden in een 90 hoek voor plaatsing in het kopborststuk. Zorg ervoor dat het ingevoegde deel van de draad niet te lang is, omdat dit zou kunnen doen schade aan inwendige organen. Voor de haalbaarheid van het plaatsen van de draden in een plastic buis (die beschermt de draden), is het best om samen te losjes draai de draden. Als de opname hart en ventilatie tarieven, herhaal de bovenstaande stappen voor de tweede keer en de twee sets van draden kunnen aan elkaar worden losjes gevlochten voor plaatsing in de plastic slang. Zorg ervoor dat de draden dusdanig aan te wijzen voor hart-en ventilatie snelheid dat niet te verwarren die draden aan op welke impedantie detector hechten voor opname. Het beste is om de draden label of een paar korter is dan de andere in het begin te snijden.

Een redelijke manier te en veilig draad van de rivierkreeft, is het het beste om de klauwen en de benen (het verlaten van de achterkant en een kant belicht) in natte doek of papieren handdoeken wikkelen opheffing van de schade aan de persoon en / of rivierkreeft (figuur 1).

Figuur 1 Figuur 1. Verpakking van de chelipeds en benen van de rivierkreeft. Verpakken van de rivierkreeft in een natte papieren handdoek voorkomt schade aan de persoon en de rivierkreeft. De verpakking zal belemmeren het vermogen van de kreeften aan de chelipeds en benen te bewegen.


Om te beginnen de bedrading proces, is het het beste om te beginnen in de kieuw kamer sinds schild dikte varieert bij elke rivierkreeft en teveel kracht kan dus schade aan inwendige organen veroorzaken, door te beginnen in de kieuw kamer, veel druk is minder waarschijnlijk de kreeften te doden als ten opzichte van de thoracale kamer. De eerste hole is gemaakt met behulp van een fijne punt scalpel en net groot genoeg om een draad in te voegen onder de opperhuid in de rostrale gedeelte van de kieuw kamer (dat wil zeggen, prebranchial kamer naar ademfrequentie te bewaken;. Schapker et al., 2002). Een groot gat zal zijn overmatig hemolymfe verlies en zal niet goed af en dit zal de kans van de draden niet in het aangewezen gat te vergroten. Nadat de draad is op zijn plaats, laat een kleine hoeveelheid lijm (cyanoacrylaat ester) en het gaspedaal (HobbyTown Verenigde Staten, Lexington, KY) op de draad. Het gebruik van de sneldrogende lijm vermindert omgaan met stress van de dieren. Wees voorzichtig om slechts een kleine hoeveelheid versneller plaats op de cuticula, omdat dit is giftig voor de rivierkreeft en de dood veroorzaken. Het beste is om veeg overtollig gas af met keukenpapier. Herhaal deze stappen voor de tweede draad in de kieuw kamer. Deze twee draden zijn geplaatst om de scaphognathite (respiratoire orgel) spanwijdte tot een sterke nauwkeurige impedantie te meten verzekeren tijdens elke scaphognathite beweging (figuur 2). Om een ​​nauwkeurige registratie, er zeker van zijn dat de tweede draad niet wordt geplaatst buiten de kieuw kamer en in de borstkas kamer.

Figuur 2 Figuur 2. Plaatsing van roestvrij staaldraad in de kieuw kamer. De witte stippen op het schild te vertegenwoordigen punten voor de roestvrij stalen draden te worden geplaatst onder de nagelriem. De draden overspannen de scaphognathite en meten van beweging door dynamische impedantie.

De stappen voor het bedraden van de hartslag in de thoracale kamer is hetzelfde als hierboven, behalve de draden zijn geplaatst onder de dorsale schild direct over het hart en span het hart in een rostrale-caudale arrangement (figuur 3). Deze plaatsing zorgt voor een sterke nauwkeurige impedantie te meten tijdens elke hart contractie (Listerman et al., 2001)..


Figuur 3 Figuur 3. Plaatsing van roestvrij staaldraad in de thoracale kamer. De witte stippen op het schild te vertegenwoordigen punten voor de roestvrij stalen draden te worden geplaatst onder de nagelriem. De draden overspanning het hart in een rostrale-caudale arrangement. Dit zal zorgen voor maatregelen van het hart samentrekking door dynamische impedantie.


Zodra plaatsing van alle vier de draden is voltooid, een mix Snellijm (Eastman, 5-min drogen epoxy) en bedek de gaten voor elke locatie en de draden. Zodra de draden en gaten naar behoren te dekken, gebruikt u de resterende epoxy om de plastic buis vasthouden aan de achterkant van de rivierkreeft. Dit zal ervoor zorgen dat de draden niet zal worden getrokken uit de gaten in de toekomst handelingen. Omdat de epoxy duurt een paar minuten drogen, houdt of plaats de rivierkreeft in een bak zonder water totdat de epoxy is niet meer kleverig aanvoelt. Nadat de epoxy is droog, was de rivierkreeft in het water om het overtollige chemicaliën te verwijderen en te plaatsen terug in een aquatisch milieu. Om ervoor te zorgen de gezondheid van de rivierkreeft, is het het beste om het water te veranderen in ongeveer een uur aan een chemicaliën niet eerder verwijderd te verwijderen. Zoals uit eerdere onderzoekers, vonden we dat langdurige behandeling verandert de fysiologische metingen vanwege stress voor een tijdsduur van 24 uur tot 3 dagen (Wilkens et al., 1985.), Daarom, de dieren moet worden overgelaten voor 2 tot 3 dagen voor een experiment .

Voor het opnemen van ECG's, sluit u de draden van de rivierkreeft tot impedantie detectoren. De twee draden verspreid over het hart (maatregel HR) moet worden gehecht aan een impedantie detector en eveneens voor de twee draden verspreid over de scaphognathite (maatregel VR). De impedantie detector meet dynamische weerstand tussen de twee roestvrij stalen draden. Deze signalen worden door het aansluiten van de detector on-line naar een PowerLab via een PowerLab/4SP-interface (AD Instruments). Alle gebeurtenissen worden gemeten en gekalibreerd met de PowerLab Grafiek software versie 5.5.6 (AD Instruments, Australië). Om te beginnen, zet een overname snelheid 4 kHz. De grote doorbuiging zal vertegenwoordigen hartslag en ventilatie. Voor het gemak bij het tellen van elke HR / VR, een smoothing functie kan toegepast op de gegevens in te stellen. Als 100 punten waren gladgestreken (dat wil zeggen gemiddeld) het aldus verkregen trace zal geven alleen de hartslagen. De hartslag kan worden bepaald door directe tellingen van elke slag meer dan 10-s intervallen en vervolgens omgezet naar beats per minuut (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).
Maatregelen van Hart en Ventilatoire de tarieven in vrij bewegende Rivierkreeftjes
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