Waiting
Login processing...

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

Biology

מדדי הלב ושיעורי נשימתית ב שנע בחופשיות סרטן הנהרות

doi: 10.3791/1594 Published: October 15, 2009

Summary

חסרי חוליות להראות תגובה האוטונומית הסימפתטית דמוי דומה לזה שתואר על החוליות. התיאום של מערכות Cardio-כלי הדם נשימתית מאפשר מדידה של מדד ביולוגי בו כדי להעריך את מצב האורגניזם הפנימיים.

Abstract

התגובה, פחד טיסה או להילחם משמש בסיס פיזיולוגי בסיסי לבחינת מודעות של אורגניזם של סביבתו תחת התקפה טורף מתקרב. למרות שזה לא ידוע אם חסרי חוליות posses מערכת העצבים האוטונומית זהה לזו של בעלי חוליות, חסרי חוליות הראיות מראה יש תגובה אוהדת כמו להסדיר את הסביבה הפנימית ולהכין את האורגניזם לפעול כדי התנהגותית לגירוי נתון. יתר על כן, התגובה הזו פיזיולוגיים ניתן למדוד יתכן והוא משמש מדד ביולוגי על המצב הפנימי של החיה. מדידות של התגובה הפיזיולוגית יכולים להיות קשורים ישירות לחצים פנימיים וחיצוניים דרך שינויים בתיאום מערכת העצבים המרכזית מבוקרת של מערכות הלב, כלי הדם ומערכת הנשימה. באופן ספציפי יותר, ניטור הלב קצב תחלופת האוויר לספק אמצעי לכימות של התגובה ללחץ לא תמיד נצפתה התנהגותית. סרטן הנהרות הם אורגניזמים מודל טוב לב ומדידות שיעור נשימתית בשל האפשרות של הקלטה, כמו גם היסטוריה עשירה ידוע המורפולוגיה של סרטנים, שראשיתה האקסלי בשנת 1888, ואת למד היטב התנהגויות אופייניות.

Protocol

הקדמה

אורגניזמים חייב להציג מגוון רחב של התנהגויות כדי להגיב לגירויים מאיימים לשינויים בסביבה. התגובה האוטונומית הוא למד היטב חוליות כמו להילחם או בתגובה הטיסה שבה מערכת העצבים הסימפתטית פיזיולוגית מכין את הסביבה הפנימית (קרפנטר, 1976;. ניקולס et al, 2001). זוהי דרך שינויים פיזיולוגיים כי אורגניזם יכול לווסת את תגובת הלחץ ולשנות התנהגות להגיב על התקפה הממשמשת ובאה או שינוי סביבתי. העדויות מראות כי מערכת לב וכלי הדם קשורה באופן הדוק עם מערכת הנשימה ובכך לאפשר את הסביבה הפנימית להגיב וליישם תגובה. עובדה ידועה היא כי שליטה האוטונומית של מערכות הנשימה, לב וכלי דם יכול לווסת זמינות חמצן וחומרים מזינים לרקמות היעד הספציפי הדרוש תגובה התנהגותית הממשמש ובא.

ב חוליות, התגובה האוטונומית פיזיולוגיים כך גם התפתחו, נראה סביר כי חוליות מורכבים היה דומה להחזיק מערכת התגובה המפותחות (Schapker et al, 2002;. Zavarzin, 1941). למרות חוליות וחסרי חוליות שונים מאוד שיטתי, חסרי חוליות מפותחת דורשים תגובה הלב וכלי הדם ומערכת הנשימה מהירה להגיב להילחם או באופן הטיסה. עבור חסרי חוליות רבים, תגובה אוהדת כמו פיזיולוגית ניתן לכמת. שראשיתו 1927, רבים מן המחקרים המוקדמים ביותר שנערכו חסרי חוליות, במיוחד באמצעות פרוקי רגליים בכלל (אלכסנדרוביץ', 1932; אורלוב, 1927; Zavarzin, 1941).

סרטן הנהרות ידועים להציג מגוון רחב של התנהגויות מהירה, כמו גם את היכולת להעריך ולהגיב לגירויים סביבתיים. מחקרים מוקדמים מאוד ציינו בתגובה אוהדת כמו של תגובה מיידית ומהירה של פוזה הגנה (בת', 1897, האקסלי, 1880; Shuranova et al, 2006;. Wiersma, 1961). הלב סרטנים הבוגרת neurogenic מאז הכו קצב נשלטים על ידי מערכת העצבים המרכזית (אלכסנדרוביץ', 1932; Yamagishi ו הירוסה, 1997;. Yamagishi et al, 1997; Wilkens, 1999). באופן שגרתי, מדידת קצב הלב של חיה (HR) מספק מדידה ישירה של רגישות ונכונות של הסביבה הפנימית. ב סרטנים, עלייה HR הוא ציין במהלך פוזה הגנה כאשר הציג עם גירוי מאיים נתפס (Listerman et al., 2000). סוג זה של תגובה במערכת העצבים הוצגה גם לובסטרים קוצני (Yazawa ו Katsuyama, 2001).

המערכת נשימתית גם מבוקר neuronally עם גנרטור דפוס נשימתית מרכזי (VPG) אחראי על ספיגת החמצן הזימים על ידי פעולת השאיבה של שני איברים מיוחדים scaphognathites כינה (מנדלסון, 1971). Scaphognathite יחיד מתגורר בחדר כל branchial בקצוות הקדמי והיא שואבת מים על פני הזימים על ידי תנועה קצבית (פסטור, 1968). VPG, כמו עם הלב, יכול להיות מווסתת על ידי גורמים רבים. עבודה קודם הסרטן, סרטן מגיסטר מראה קצב לב נשימתית ניתן לשנות על ידי שליטה מרכזית באמצעות נוירונים הפקודה (Wilkens et al., 1974). בנוסף, הפעילות של VPG ידועה לשנות עם השינויים בתגובה הפנימי עם אינטראקציות חברתיות או שינויים סביבתיים סרטנים (Burmistrov ו Shuranova, 1996; Cuadras, 1979, 1980; Li et al, 2000;. Listerman et al. , 2000; מקמהון Wilkens, 1983; Schapker et al, 2002;. Shuranova et al, 2002;. Wilkens, 1976). כפי שניתן לראות סרטנים, פעילות נשימתית (VR) יכול להשתנות בהתאם למצב הפנימי שינויים VR ניתן להקליט במהלך גירויים חיצוניים בלתי צפוי (Shuranova et al, 1993;. Shuranova et al, 2002)..

בשל מהימנות ואת הכדאיות של משאבי אנוש אמצעים VR, השאלות עתיד להישאל הן אינסופיות. כאמור, העבודה נעשה כדי לבחון את התגובה האוטונומית במהלך אינטראקציות חברתיות והפרעות סביבתיות. מעניין לציין, כי באזורים רבים נותרים כדי להיחקר כגון בדיקה של התגובה האוטונומית במהלך שינויים הורמונליים טבעיים ו / או תהליכים פיזיולוגיים אחרים המתרחשים האורגניזם. כיוונים עתידיים אפשריים עשויים גם לבחון אוהדת כמו התגובות במהלך ההזדווגות וקליטה כימיים חוש הריח. והחשוב מכל, התגובות הפיזיולוגיות עשויה לספק תובנות יותר לתוך תגובה אורגניזם לסביבה בהשוואה תצפיות התנהגותיות מאז החיות לא תמיד מגיבים התנהגותית כאשר הם עצמם מכינה פנימי. לפיכך, מדידה פיזיולוגית מספק מדד ביולוגי להערכת מצב פנימי של אורגניזם אשר עשוי להסביר שינויים הכוללת אורגניזם.

שיטות

> אק"ג הקלטה (ECGs) נהלים לב קצב תחלופת האוויר

לפני תחילת חוט סרטנים, הכנת חוטים נדרשת. חותכים שני חוטים מבודדים נירוסטה (0.005 ס"מ קוטר עם ציפוי 0.008 אינץ'; AM מערכות, Carlsburg, WA) מספיק זמן כדי להכניס סרטנים והולם להגיע גלאי עכבה (UFI, מודל 2991). הסר בידוד (~ 0.5 מ"מ) על ידי באש על הקצוות של חוטי שתי אשר תוכנס למתקן. היזהר שלא להסיר בידוד יותר מדי כמו חוט חשוף בצד החיצוני של החיה יש recoated כדי למנוע קצר חשמלי הקלטות עכבה. לאחר מכן, בעזרת מלקחיים לכופף את הקצוות השרופים של החוטים בזווית 90 עבור מיקום למתקן. הקפד כי החלק מוכנס חוט אינו ארוך מדי, כי זה יכול לעשות נזק לאיברים פנימיים. לגבי הכדאיות של החדרת חוטים לתוך צינור פלסטיק (אשר מגן על חוטי), הדרך הטובה ביותר היא רופפת לסובב את החוטים יחד. אם הלב הקלטה קצב תחלופת האוויר, חזור על הצעדים לעיל בפעם השנייה ושני סטים של חוטים יכול להיות קלוע רופף יחד לפני השמה לתוך צינורות הפלסטיק. הקפידו לציין את חוטי הלב וקצב אוורור כדי לא לבלבל אשר חוטים לצרף גלאי אשר עכבה את ההקלטה. עדיף תווית חוטים או לחתוך זוג אחד קצר יותר מהשני בהתחלה.

כדי יתכן בבטחה חוט סרטנים, כדאי לעטוף את הציפורניים ברגליים (עוזב האחורי צד אחד חשוף) בבד רטוב או מגבות נייר כדי למנוע נזק לאדם ו / או סרטנים (איור 1).

איור 1 באיור 1. גלישת של chelipeds והרגליים של סרטנים. גלישת סרטנים בתוך מגבת נייר רטובה יהיה למנוע פגיעה באדם ואת סרטנים. גלישת יפריע את היכולת של סרטנים להעביר את chelipeds והרגליים.


כדי להתחיל את תהליך החיווט, עדיף להתחיל בחדר הזימים מאז שריון בעובי משתנה עם סרטנים כל כוח עודף יכול לגרום נזק לאיברים פנימיים, ובכך ידי החל הקאמרית הזימים, לחץ מוגזם פחות סביר להרוג סרטנים כמו לעומת החדר החזי. החור הראשון הוא עשה באמצעות נקודת קנס אזמל גדול מספיק עבור חוט כדי להיות מוכנס מתחת לציפורן באזור מקורי של חדר הזימים (כלומר, תא prebranchial לפקח על קצב נשימתית;. Schapker et al, 2002). חור גדול יהיה הפסד hemolymph מופרזת לא חותם כראוי זה יגדיל את ההסתברות של החוטים הנותרים לא החור המיועד. לאחר החוט נמצא במקום, ירידה בכמות קטנה של דבק (אסתר cyanoacrylate) ו מאיץ (HobbyTown בארה"ב, לקסינגטון, KY) על חוט. השימוש הדבק מתייבש מהר מפחיתה מתח הטיפול בבעלי החיים. היזהר למקום רק כמות קטנה של מאיץ על לציפורן מאז זה רעיל סרטנים ואת תגרום למוות. עדיף מיד למחוק את כל העודף מאיץ במגבת נייר. חזור על שלבים אלה עבור חוט השני בחדר הזימים. שני אלה החוטים ממוקמים על ההיקף scaphognathite (איבר הנשימה) כדי להבטיח מידה חזק עכבה מדויק במהלך כל תנועה scaphognathite (איור 2). כדי לקבל רישום מדויק, כדי להיות בטוח כי חוט השני לא ממוקם מחוץ לתא הזימים לתוך תא החזי.

איור 2 איור 2. המיקום של חוטי נירוסטה בחדר הזימים. נקודות לבנות על שריון מייצגים נקודות חוטי נירוסטה להציב מתחת לציפורן. החוטים ההיקף scaphognathite ותנועה דרך למדוד עכבה דינאמית.

השלבים קצב הלב חיווט בתא החזי זהה לעיל, למעט חוטי מושמים תחת שריון הגב ישירות מעל הלב משך את הלב בהסדר מקורי, הזנב (איור 3). מיקום זה יבטיח מידה חזק עכבה מדויק במהלך כל התכווצות הלב (Listerman et al., 2001).


איור 3 איור 3. המיקום של חוטי נירוסטה בחדר החזי. נקודות לבנות על שריון מייצגים נקודות חוטי נירוסטה להציב מתחת לציפורן. חוטים תוחלת הלב בהסדר מקורי-הזנב. זה יאפשר אמצעי של התכווצות הלב דרך עכבה דינאמית.


לאחר המיקום של כל ארבעת החוטים תושלם, לערבב דבק מיידיות (איסטמן, 5 דק 'דואר ייבושארור) ואת המעיל החורים עבור כל מיקום כמו גם את החוטים. לאחר חוטים חורים שנקדחו מכוסים כראוי, השתמש אפוקסי שנותרו לקיים את צינורות פלסטיק לחלק האחורי של סרטנים. זה יבטיח כי החוטים לא יהיה שלף את החורים handlings בעתיד. מאז אפוקסי לוקח כמה דקות להתייבש, או להחזיק את המקום סרטנים במיכל ללא מים עד אפוקסי כבר לא דביקים למגע. לאחר אפוקסי יבש, לשטוף את סרטנים במים כדי להסיר כימיקלים עודף ומניחים אותם בחזרה לסביבה המימית. כדי להבטיח את בריאותם של סרטנים, כדאי להחליף את המים כשעה כדי להסיר כל הכימיקלים לא הוסר קודם לכן. כפי שצוין על ידי חוקרים קודמים, מצאנו כי טיפול ממושך משנה את מדידות פיזיולוגיות ללחץ בשל למשך זמן של 24 שעות עד 3 ימים (Wilkens et al, 1985.), ולכן בעלי חיים יש להשאיר על 2 עד 3 ימים לפני כל ניסוי .

כדי להקליט ECGs, לחבר את החוטים של סרטנים כדי גלאי עכבה. שני חוטים פורש את הלב (HR למדוד) יש לצרף גלאי עכבה אחת וכך גם לגבי שני החוטים פורש scaphognathite (למדוד VR). הגלאי מודד התנגדות עכבה דינמית בין שני החוטים נירוסטה. אותות אלה נרשמות על ידי חיבור גלאי on-line אל PowerLab דרך ממשק PowerLab/4SP (מכשירים לספירה). כל האירועים נמדדים מכויל עם גירסת התוכנה תרשים PowerLab 5.5.6 (AD מכשירים, אוסטרליה). כדי להתחיל, לקבוע שיעור הרכישה ב kHz 4. סטיות גדולות תייצג דופק וקצב אוורור. על מנת להקל על ספירת כל משאבי אנוש / VR, פונקציה החלקה ניתן להחיל ערכת הנתונים. אם 100 נקודות הוחלקו (כלומר בממוצע) עקבות כתוצאה יהיה לתאר רק את פעימות הלב. שיעורי הלב יכול להיקבע על ידי ספירת ישירה של כל פעימה מעל 10-s במרווחים ולאחר מכן להמיר את פעימות לדקה (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).
מדדי הלב ושיעורי נשימתית ב שנע בחופשיות סרטן הנהרות
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