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Biology

Maßnahmen der Herz-und Ventilatorische Preise bei frei laufenden Crayfish

doi: 10.3791/1594 Published: October 15, 2009

Summary

Wirbellose zeigen eine autonome sympathische wie Reaktion ähnlich wie bei Wirbeltieren beschrieben. Die Koordination des Herz-Kreislauf-und Beatmungs-Systemen ermöglicht die Messung eines biologischen Index, in dem ein Organismus internen Zustand zu beurteilen.

Abstract

Die Angst, Flucht oder Kampf Antwort dient als grundlegende physiologische Grundlage für die Prüfung eines Organismus das Bewusstsein für ihre Umgebung unter einem drohenden Raubtier anzugreifen. Obwohl nicht bekannt ist, ob wirbellose Tiere besitzen ein autonomes Nervensystem identisch mit dem der Wirbeltiere, zeigt Beweise Wirbellosen haben eine sympathische wie Antwort auf die internen Umwelt und bereit den Organismus zu ihrem Verhalten zu handeln, um eine bestimmte Reize regulieren. Darüber hinaus kann diese physiologische Reaktion durchführbar gemessen werden, und es wirkt wie ein biologischer Index für das Tier den internen Zustand. Messungen der physiologischen Reaktion kann direkt an interne und externe Stressoren im Zusammenhang mit Veränderungen im zentralen Nervensystem gesteuert Koordination des Herz-Kreislauf-und Atmungssystem. Genauer gesagt, die Überwachung Herz und Belüftungsraten quantifizierbare Maßnahmen der Stress-Reaktion nicht immer im Verhalten beobachtet. Crayfish sind gute Modellorganismen für Herz-und Beatmungs-Rate-Messungen durch, um die Durchführbarkeit der Aufnahme, sowie die reiche Geschichte der Morphologie des Krebses bekannt ist, stammt aus Huxley im Jahre 1888, und den gut untersuchten typischen Verhaltensweisen.

Protocol

Einführung

Organismen müssen ein breites Spektrum von Verhaltensweisen, um bedrohliche Reize und Veränderungen in der Umwelt zu reagieren. Die autonome Reaktion ist auch bei Wirbeltieren wie der Kampf oder Flucht-Reaktion, in denen das sympathische Nervensystem physiologisch bereitet die internen Umwelt (.; Nicholls et al, 2001 Carpenter, 1976) untersucht. Es ist durch physiologische Veränderungen, die ein Organismus kann die Stress-Reaktion zu regulieren und zu verändern Verhalten auf einen bevorstehenden Angriff oder Veränderungen der Umwelt reagieren. Es zeigt sich, dass die Herz-Kreislauf-System ist eng mit der Atmungsorgane so dass das interne Umfeld zu reagieren und Umsetzung einer Reaktion verbunden. Es ist bekannt, dass die autonome Kontrolle der Atemwege und des Herz-Kreislauf-Systeme können die Verfügbarkeit von Sauerstoff und Nährstoffen zu bestimmten Zielgewebe für eine drohende Verhaltensreaktion nötig zu regulieren.

Bei Wirbeltieren ist das autonome und physiologische Reaktion so gut entwickelt, es scheint wahrscheinlich, dass komplexe Wirbellose würde ähnlich besitzen ein entwickeltes Response System (Schapker et al, 2002;. Zavarzin, 1941). Obwohl Wirbeltieren und Wirbellosen sehr unterschiedlich sind systematisch, hoch entwickelten wirbellosen Tieren erfordern die schnelle Herz-Kreislauf-und Atemwegserkrankungen Reaktion auf in einem Kampf oder Flucht zu reagieren. Für viele Wirbellose, kann eine sympathische wie physiologische Reaktion quantifiziert werden. Aus dem Jahre 1927, haben viele der ganz frühen Studien bei Wirbellosen durchgeführt worden, und zwar mit Arthropoden im Allgemeinen (Alexandrowicz, 1932; Orlow, 1927; Zavarzin, 1941).

Crayfish sind dafür bekannt, eine breite Palette an schnellen Verhaltensweisen sowie die Fähigkeit zu beurteilen und zu reagieren auf Umweltreize aufweisen. Sehr frühe Studien haben eine sympathische wie Reaktion der eine sofortige und schnelle Reaktion der Verteidigung Pose (; Huxley, 1880; Shuranova et al, 2006;. Wiersma, 1961 Bethe, 1897) zur Kenntnis genommen. Die erwachsenen Krebse Herz ist neurogenen seit dem Beat und Rhythmus durch das zentrale Nervensystem (Alexandrowicz, 1932; Yamagishi und Hirose, 1997;. Yamagishi et al, 1997; Wilkens, 1999) gesteuert werden. Routinemäßig liefert die Messung eines Tieres die Herzfrequenz (HR) ein direktes Maß für die Erregbarkeit und die Bereitschaft des inneren Milieus. In Krebse, ist eine Erhöhung der HR bei der Verteidigung Gehabe beachten, wenn sie mit einer wahrgenommenen bedrohlichen Reiz (Listerman et al., 2000) vorgestellt. Diese Art des Nervensystems Resonanz war auch in Langusten (Yazawa und Katsuyama, 2001) gezeigt.

Die Beatmung ist auch neuronal mit einer Beatmung central pattern generator (VPG) verantwortlich für die Sauerstoffaufnahme über die Kiemen durch die Pumpwirkung von zwei spezialisierten Anhängsel bezeichnet scaphognathites (Mendelson, 1971) gesteuert. Ein einziger scaphognathite wohnt in jedem branchial Kammer an der vorderen Enden und zieht Wasser in die Kiemen von einer rhythmischen Bewegung (Pasztor, 1968). Die VPG, wie mit dem Herzen, moduliert werden kann durch viele Faktoren. Frühere Arbeiten in der Krabbe, zeigt Cancer magister Herz-und Beatmung Rhythmus durch die zentrale Steuerung durch Befehl Neuronen (Wilkens et al., 1974) können verändert werden. Darüber hinaus ist die Tätigkeit der VPG, die bekanntermaßen mit Veränderungen in der inneren Reaktion und mit sozialen Interaktionen oder Veränderungen der Umwelt in Krebstieren (Burmistrov und Shuranova, 1996 ändern; Cuadras, 1979, 1980; Li et al, 2000;. Listerman et al. , 2000; McMahon und Wilkens, 1983; Schapker et al, 2002;. Shuranova et al, 2002;. Wilkens, 1976). Wie in der Krebse gesehen hat, kann Beatmung Aktivität (VR) je nach den internen Zustand und Veränderungen in der VR kann während unerwartete äußere Reize (Shuranova et al, 1993.; Shuranova et al, 2002.) Aufgezeichnet werden.

Aufgrund der Zuverlässigkeit und Durchführbarkeit von HR und VR Maßnahmen, sind die Zukunft Fragen, die gestellt werden endlos. Wie bereits erwähnt, hat die Arbeit getan, um die autonome Reaktion bei sozialen Interaktionen und ökologische Störungen zu untersuchen. Interessanterweise sind viele Bereiche links nach wie Prüfung der autonomen Reaktion während des natürlichen hormonellen Veränderungen und / oder andere physiologische Vorgänge im Organismus erforscht werden. Mögliche zukünftige Richtungen kann auch prüfen, sympathisch-wie Reaktionen während der Paarung und olfaktorischen chemische Rezeption. Am wichtigsten ist, können physiologische Reaktionen besseren Einblick in einen Organismus als Reaktion auf die Umwelt, wenn sie Verhaltensbeobachtungen im Vergleich da die Tiere nicht immer im Verhalten zu reagieren, wenn sie bereiten sich intern stellen. Somit stellt die physiologische Messung eines biologischen Index für die Beurteilung eines Organismus den internen Zustand der allgemeinen Veränderungen in einem Organismus kann zu erklären.

Methoden

Vor Beginn einer Krebs-Draht, ist die Vorbereitung der Drähte erforderlich. Cut zwei isolierte Edelstahl-Draht (Durchmesser 0,005 Zoll und mit der Beschichtung 0,008 Zoll; AM Systems, Carlsburg, WA) lang genug, um in die Krebse einfügen und ausreichend erreicht eine Impedanz-Detektor (UFI, Modell 2991). Entfernen Isolierung (~ 0,5 mm) durch ein Feuer an den Enden der beiden Drähte, die in dem Panzer eingesetzt werden. Achten Sie darauf, nicht entfernen zu viel Isolierung als blanker Draht auf der Außenseite des Tieres muss neu beschichtet, um einen Kurzschluss-Impedanz-Aufnahmen zu verhindern. Dann mit einer Pinzette biegen Sie die verbrannten Enden der Drähte in einem Winkel von 90 ° für die Platzierung in den Panzer. Achten Sie darauf, dass die eingefügten Teil des Drahtes nicht zu lang ist, da diese Schäden an inneren Organen tun konnte. Für Machbarkeit Einlegen der Drähte in einem Kunststoffrohr (das schützt die Drähte), ist es am besten lose verdrehen die Drähte zusammen. Wenn die Aufnahme Herz-und Lüftungs-Raten, wiederholen Sie die obigen Schritte ein zweites Mal und die beiden Sätze von Drähten kann locker miteinander verflochten vor der Platzierung in den Kunststoffschlauch. Achten Sie darauf, die Drähte für Herz-und Lüftungs-Rate so bezeichnen, um nicht zu verwirren, die Drähte an die Impedanzdetektor legen für die Aufnahme. Es ist am besten, um die Drähte Etikett oder schneiden Sie ein Paar kürzer als die anderen in der Anfang.

Um durchführbar und sicher wire die Krebse, ist es am besten, die Klauen und Beine (wobei die Rückseite und eine Seite ausgesetzt) ​​in feuchten Tuch oder Küchenpapier wickeln, um Verletzungen der Person und / oder Krebse (Abbildung 1) zu beseitigen.

Abbildung 1 Abbildung 1. Wrapping der chelipeds und Beine der Krebse. Wrapping die Krebse in einem nassen Papiertuch wird Verletzungen der Person und die Krebse zu verhindern. Die Verpackung wird behindert die Fähigkeit des Krebses auf die chelipeds und Beine zu bewegen.


Zu Beginn der Verkabelung Prozess, ist es am besten in den Kiemen Kammer beginnen, da Panzer Dicke variiert mit jedem Krebse und überschüssige Kraft kann Schäden an inneren Organen verursacht, also durch Beginn in den Kiemen Kammer wird Überdruck weniger wahrscheinlich, dass die Krebse als töten im Vergleich zu den Brust-Kammer. Das erste Loch wird durch die Verwendung einer feinen Spitze Skalpell und gerade groß genug für einen Draht unter der Kutikula im rostralen Bereich der Kiemen Kammer (.; Schapker et al, 2002 also, prebranchial Kammer Beatmung Rate Monitor) eingefügt hat. Ein großes Loch haben übermäßige Hämolymphe Verlust und sitzt nicht richtig und das wird die Wahrscheinlichkeit der Drähte nicht noch in den dafür vorgesehenen Loch zu erhöhen. Nachdem der Draht in Ort, lassen Sie eine kleine Menge Kleber (Cyanacrylat-Ester) und Beschleuniger (HobbyTown USA, Lexington, KY) auf den Draht. Der Einsatz der schnell trocknende Leim reduziert Umgang mit Stress der Tiere. Achten Sie darauf, nur eine kleine Menge des Beschleunigers auf die Nagelhaut statt, da diese giftig für die Krebse und zum Tod führen. Am besten ist es sofort abwischen überschüssiges Gas aus mit einem Papiertuch. Wiederholen Sie diese Schritte für den zweiten Draht in den Kiemen Kammer. Diese beiden Leitungen sind gelegt, die scaphognathite (Atmungsorgan) span zu einem starken genaue Impedanz messen bei jedem scaphognathite Bewegung (Abbildung 2) zu versichern. Um eine genaue Aufzeichnung, sicher sein, dass der zweite Draht nicht außerhalb der Kiemen Kammer und in der Brust-Kammer platziert.

Abbildung 2 Abbildung 2. Platzierung von Draht aus nichtrostendem Stahl in den Kiemen Kammer. Die weißen Punkte auf dem Panzer darstellen Punkte für die Edelstahl-Drähte unter der Oberhaut platziert werden. Die Drähte überspannen die scaphognathite und messen Bewegung durch dynamische Impedanz.

Die Schritte für die Verkabelung der Herzfrequenz in der Brust-Kammer ist die gleiche wie oben, nur die Drähte unter dem dorsalen Panzer direkt über dem Herzen und span Herzen in einer rostral-kaudale Anordnung (Abbildung 3) platziert. Diese Platzierung wird eine starke genaue Impedanz messen bei jedem Herzkontraktion (Listerman et al., 2001) zu gewährleisten.


Abbildung 3 Abbildung 3. Platzierung von Draht aus nichtrostendem Stahl in der Brust-Kammer. Die weißen Punkte auf dem Panzer darstellen Punkte für die Edelstahl-Drähte unter der Oberhaut platziert werden. Die Drähte span Herzen in einer rostral-kaudale Anordnung. Dies wird für Maßnahmen von Herzkontraktion durch dynamische Impedanz ermöglichen.


Nach Platzierung aller vier Drähte abgeschlossen ist, mischen Sie einen Sekundenkleber (Eastman, 5-min Trocknung epoxy) und Mantel die Löcher für jeden Standort sowie die Drähte. Sobald die Leitungen und Bohrungen ausreichend abgedeckt sind, die verbleibenden Epoxy den Kunststoffschlauch auf der Rückseite des Krebses zu halten. Dadurch wird sichergestellt, dass die Drähte nicht aus den Löchern in Zukunft Handhabungen gezogen werden. Da die Epoxid dauert ein paar Minuten, um zu trocknen, zu halten oder Ort die Krebse in einem Behälter ohne Wasser, bis das Epoxidharz nicht mehr klebrig anfühlt. Sobald das Epoxidharz ist trocken, waschen Sie die Krebse im Wasser, um überschüssige Chemikalien zu entfernen und sie wieder in ein wässriges Milieu. Um zu gewährleisten, die Gesundheit der Krebse, ist es am besten, um das Wasser in ca. 1 Stunde ändern, um alle Chemikalien, die nicht zuvor entfernt zu entfernen. Wie aus früheren Ermittler darauf hingewiesen, fanden wir, dass eine längere Behandlung verändert die physiologischen Messungen durch Belastung für eine Zeitdauer von 24 h bis 3 Tage (Wilkens et al, 1985.) Daher, die Tiere sollten 2 bis 3 Tage vor jedem Experiment .

So zeichnen EKGs, verbinden Sie das Kabel von der Languste bis zum Impedanz-Detektoren. Die beiden Drähte überspannt das Herz (Maßnahme HR) sich auf einen einzigen Impedanzdetektor angebracht werden und ebenfalls für die beiden Drähte überspannt die scaphognathite (Maßnahme VR). Die Impedanz Detektor misst dynamische Widerstand zwischen den beiden Edelstahl-Drähte. Diese Signale werden durch die Verbindung des Detektors on-line zu einem PowerLab über eine PowerLab/4SP Schnittstelle (AD Instruments) aufgezeichnet. Alle Veranstaltungen werden gemessen und kalibriert mit dem PowerLab Diagramm-Software Version 5.5.6 (AD Instruments, Australien). Um zu beginnen, setzen eine Akquisition bei 4 kHz. Die großen Ausschläge vertreten Herzschlag und Luftwechselrate. Zur Erleichterung beim Zählen jedes HR / VR, eine Glättung Funktion, um die Datenmenge angewendet werden können. Wenn 100 Punkte wurden geglättet (dh gemittelt) die resultierende Spur wird zeigen nur die Herzschläge. Die Herzfrequenzen können durch direkte zählt jeder Schlag über 10-s-Intervallen bestimmt werden und dann zu Schlägen pro Minute (BPM) umgewandelt.

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

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References

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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).

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