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Biology

自由にザリガニを移動でハートと換気率の措置

doi: 10.3791/1594 Published: October 15, 2009

Summary

無脊椎動物は、脊椎動物のために記載したものと同様の自律交感神経のような応答を示しています。心血管系および換気システムの調整は、生体内部の状態を評価するための生物学的指標の測定が可能になります。

Abstract

恐怖、飛行や戦い応答は、切迫した捕食者の攻撃を受けて、その環境の生物の意識を調べるための基本的な生理学的な基礎としての役割を果たす。脊椎動物のそれと同一の無脊椎動物の保有は、自律神経系かどうかそれが知られていないが、証拠は無脊椎動物の内部環境と与えられた刺激に行動的に行動する準備ができて生物を規制する交感神経のようなレスポンスを持って示しています。さらに、この生理的応答がうまくいくように測定したところ、動物の内部状態の生物学的指標として機能するbeできます。生理学的応答の測定は、心血管系および呼吸器系の協調制御する中枢神経系の変化を介して直接内部と外部のストレス要因に関連することができます。具体的には、監視心臓や換気率は、常に行動的に観察されないストレス反応の定量化可能な対策を提供します。ザリガニは、録音の可能性だけでなく、ザリガニの形態が知られている豊かな歴史、1888年にハクスリーにさかのぼる、とよく研究された典型的な行動が原因で心臓や呼吸速度の測定のための良いモデル生物である。

Protocol

はじめ

生物は、脅威刺激や環境の変化に対応する行動の広い範囲を示さなければならない。自律神経応答はよく交感神経系が生理的に内部環境(;ニコルズ 、2001。カーペンター、1976)現金れた戦いまたは飛行応答として脊椎動物で研究されている。それは、生物がストレス応答を調節し、差し迫った攻撃や環境の変化に反応するように動作を変更することができる生理学的な変化を介してです。証拠は、心臓血管系がしっかりとこのように応答を応答し、実装するために内部環境を可能にする呼吸器系に接続されていることを示します。それはよく呼吸器と心臓血管系の自律神経調節が差し迫って行動反応に必要な特定の標的組織への酸素の可用性と栄養素を調節することができることが知られている。

脊椎動物では、自律神経と生理反応は非常によく発展であり、複雑な無脊椎動物では、同様に開発された応答システムを持っているというのはよくあることに思われる(。Schapker 、2002; Zavarzin、1941)。脊椎動物と無脊椎動物が体系的に非常に異なっていても、高度に開発された無脊椎動物では、戦いまたは飛行の方法で対応する迅速な心血管や呼吸器系の応答を必要とする。多くの無脊​​椎動物の場合は、交感神経のような生理反応を定量化することができる。 1927年にまで遡る、非常に初期の研究の多くは、特に(;オルロフ、1927; Zavarzin、1941年Alexandrowicz、1932)一般的に節足動物を使用して、無脊椎動物で実施されている。

ザリガニは、迅速な行動の広い範囲と同様に評価し、環境刺激に応答する能力を示すことが知られている。非常に初期の研究は、防衛の姿勢の即時かつ迅速な応答(;ハクスリー、1880;シュラーノワ 、2006;。Wiersma、1961ベーテ、1897)の交感神経のような応答を指摘している。ビートとリズムが中枢神経系(;山岸と広瀬、1997;。山岸 、1997;ウィルケンズ、1999 Alexandrowicz、1932)によって制御されるので、大人のザリガニの心臓は、神経性です。日常的に、動物の心拍数(HR)の測定は、興奮性と内部環境の準備状況の直接的な指標を提供します。知覚にかかわる刺激(Listerman 、2000)で提示されたときザリガニでは、HRの増加は、防御姿勢中に記載されています。神経系の応答のこのタイプは、イセエビ(矢沢と勝山、2001)に示された。

換気システムはまたneuronally用の特別な付属物と呼ばれるscaphognathitesのポンプ作用(メンデルソン、1971)により鰓での酸素摂取量の責任換気中枢パターン発生器(VPG)で制御されます。シングルscaphognathiteは前方両端にそれぞれの鰓室に常駐し、リズミカルな動き(パーストル、1968)により鰓を介して水を描画します。 VPGは、心臓と同じように、多くの要因によって調整することができる。カニの前の仕事、 がんのマジスターは、心臓と呼吸のリズムを示し、コマンドのニューロン(ウィルキンス 、1974)を介して中央制御することで変更できます。 Cuadras、1979、1980; Li 、2000;。Listerman に加えて、VPGの活性は、内部応答と社会的相互作用や甲殻類の環境変化(Burmistrovとシュラーノワ、1996での変更で変更することが知られている。 、2000;マクマホンとウィルケンズ、1983; Schapker 、2002;。シュラーノワ 、2002;。ウィルケンズ、1976)。としてザリガニに見られるように、呼吸活動(VR)は、予期しない外部からの刺激(。。シュラーノワ 、2002。シュラーノワ 、1993)中に記録することができる内部状態とVRの変化によって異なる場合があります。

HRとVR対策の信頼性と実現可能性のために、頼まれるため、将来の問題は無限大です。前述のように、仕事は社会的相互作用と環境障害時の自律神経応答を調べるために行われています。興味深いことに、多くの分野はそのような自然なホルモンの変化時の自律神経応答の検査および/または生体で起こる他の生理学的プロセスとして探求されて残されています。可能な将来の方向性はまた、交配や嗅覚化学受信中に交感神経のような応答を検査することができる。最も重要なことは、生理学的反応は、彼らが内部で自分自身の準備を進めているとき、動物は、常に行動的に応答しないので、行動観察に比べて環境への生物応答に大きな洞察を提供することがあります。従って、生理学的測定は、生物の全体的な変化を説明するかもしれない生物の内部状態を評価するための生物学的なインデックスを提供します。

の方法

ザリガニの配線を始める前に、配線の準備が必要です。十分な長ザリガニに挿入し、十分にインピーダンス検出器(UFI、モデル2991)に到達するために、2つの絶縁ステンレス鋼線をカット(AMシステムズ、Carlsburg、WA直径0.005インチとコーティング0.008インチで)。甲羅に挿入される両方のワイヤの両端に火によって絶縁(〜0.5 mm)を取り外します。動物の外側の塗装されていないワイヤが短絡さインピーダンスのレコーディングを防ぐためにリコートする必要があるとしてあまりにも多くの断熱材を削除しないように注意してください。その後、ピンセットを使用すると甲羅に配置するための90の角度で線の焼き付けられた端を曲げる。これは内臓にダメージを与える可能性があるため、ワイヤの挿入部分が長すぎないことを確認してください。プラスチックチューブ(電線保護される)にワイヤを挿入するの実現可能性については、それは緩く一緒にワイヤーをねじるのが最善です。記録の心臓と換気率の場合、上記の手順を繰り返すことは二回目とワイヤーの2つのセットがプラスチック製のチューブに配置する前に一緒に緩く編みにすることができます。記録のためのどのインピーダンス検出器に接続するどの配線混同しないように心臓や換気率のためにワイヤを指定してください。配線にラベルを付けたり、初めに他のより短い一組をカットするのが最善です。

都合良くかつ安全にザリガニを配線するには、それは、人および/またはザリガニ(図1)に傷害を除去するために濡れた布や紙タオルで爪や足を(背中と露出片側を残して)囲むことをお勧めします。

図1図1。ザリガニのchelipedsと足の巻き方。濡れたペーパータオルでザリガニをラップすると、人とザリガニに傷害を防ぐことができます。折り返しがchelipedsや足を動かすためにザリガニの能力を妨げることになります。


甲羅の厚さは、内臓への損傷を引き起こす可能性が、このように鰓室で開始することにより、過度の圧力がザリガニを以下のように殺すために可能性が少ない各ザリガニと過剰な力で変化するので、配線プロセスを開始するには、それは、鰓のチャンバー内に開始するのが最適です胸部チャンバーと比較して。最初の穴は鰓室(。。Schapker 、2002すなわち、換気率を監視するprebranchial室)の吻側領域でキューティクルの下に挿入する電線のための十分なメスとだけ大規模な細かい点を用いて行われる。大きな穴は、過剰な体液の損失を持ち、適切にシールされず、これは指定された穴に残っているのワイヤの確率が増加します。ワイヤーが配置されると、ワイヤの上に接着剤(シアノアクリレートエステル)とアクセラレータ(HobbyTown米国、レキシントン、ケンタッキー州)の少量をドロップします。速乾性接着剤の使用は、動物の取り扱いのストレスを軽減。これは、ザリガニに対して毒性が強いと死亡の原因となりますので、キューティクルにアクセルのわずかな量を配置するように注意してください。すぐにペーパータオルで余分なアクセルを拭き取ることが最善です。鰓室第二ワイヤー、これらの手順を繰り返します。これら2本のワイヤが各scaphognathite運動(図2)の間に強い正確なインピーダンス測定を保証するためにscaphognathite(呼吸器)をまたがるように配置されます。正確な記録を取得するには、第2ワイヤは鰓室の外部と胸部チャンバー内に配置されていないことを確認してください。

図2図2。鰓室内のステンレス鋼線の配置。甲羅上の白い点は、キューティクルの下に置かれるステンレス鋼線のための点を表します。ワイヤーは、ダイナミックインピーダンスを通してscaphognathiteと対策の動きにまたがる。

胸部室内の配線の心拍数のステップは、線が吻側 - 尾側の配置(図3)で直接心臓とスパンで背甲の下に心が配置されている以外は上記と同じです。この配置は、それぞれの心臓の収縮(Listerman 、2001)の間に強い正確なインピーダンス測定を保証します。


図3図3。胸部チャンバー内のステンレス鋼線の配置。甲羅上の白い点は、キューティクルの下に置かれるステンレス鋼線のための点を表します。ワイヤは、吻側 - 尾側配置の中心をまたがる。これは、ダイナミックインピーダンスを介して心臓の収縮の対策が可能になります。


一度にすべての4本のワイヤの配置が完了すると、(イーストマン、Eを乾燥5分、瞬間接着剤を混ぜる梅毒に感染した)とコートそれぞれの場所だけでなく、配線用の穴。ワイヤーとドリル穴が適切に網羅されると、ザリガニの後ろにプラスチックチューブを保持するために、残りのエポキシ樹脂を使用。これは、配線が将来ハンドリングの穴から引き出されることが保証されます。エポキシはエポキシはもはやタッチに付箋がなくなるまで水のない容器でザリガニを、乾燥させ保持または配置するために数分かかりますので。エポキシが乾燥したら、余分な化学物質を除去し、水生環境に戻す配置する水でザリガニを洗う。ザリガニの健康を確保するため、それは以前に削除されない化学薬品を除去するために約1時間で水を変更するのが最善です。前述の研究者から指摘、我々は、その長期化処理が3日に24時間の持続時間のために当然ストレスを生理学的測定値を変化させる発見(ウィルキンス 、1985。)ので、動物はどんな実験前に2〜3日放置してください。

心電図を記録するには、ザリガニからインピーダンス検出器への配線を接続する。心臓(測定HR)をまたがる2本のワイヤがscaphognathiteにまたがる2本のワイヤーのための単一のインピーダンス検出器と同様に(測定VR)に接続する必要があります。インピーダンス検出器は2つのステンレス鋼線との間の動的な抵抗を測定します。これらの信号はPowerLab/4SPインタフェース(ADインスツルメンツ)を介してPowerLabにオンライン検出器を接続して記録されます。すべてのイベントが測定さとPowerLabのChartソフトウェアのバージョン5.5.6(ADインスツルメンツ、オーストラリア)で校正されます。開始するには、4 kHzで取得率を設定します。大きなたわみは、ハートビートや換気率を表します。各HR / VRを数えるのを容易にするために、平滑化関数は、データセットに適用できます。 100ポイントを平滑化されている場合(すなわち、平均)結果のトレースは、ハートビートを描く予定。心拍数は、10秒間隔で、各ビートの直接カウントにより決定し、分あたりのビート(BPM)に変換することができます。

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

  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).
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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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