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Biology

Medidas de freqüência cardíaca e ventilatória em se movimentar livremente Crayfish

doi: 10.3791/1594 Published: October 15, 2009

Summary

Invertebrados apresentam uma resposta simpática-como autônomo semelhante ao descrito para os vertebrados. A coordenação dos sistemas cardio-vascular e ventilatórias permite a medição de um índice biológico no qual se pode avaliar um estado organismo interna.

Abstract

A resposta de vôo medo, ou lutar serve de base fisiológica fundamental para examinar a consciência de um organismo de seu ambiente em um ataque predador iminente. Embora não se sabe se os invertebrados possuem um sistema nervoso autônomo idêntico ao dos vertebrados, a evidência mostra invertebrados têm uma resposta simpática-como para regular o ambiente interno e preparar o organismo para agir comportamental a um estímulo dado. Além disso, essa resposta fisiológica pode ser viável medidos e ele age como um índice biológico para o estado interno do animal. Medições da resposta fisiológica podem estar diretamente relacionados a estressores internos e externos através de mudanças na coordenação do sistema nervoso central controlada dos sistemas cardio-vascular e respiratória. Mais especificamente, a monitorização cardíaca e ventilação fornecer medidas quantificáveis ​​da resposta ao estresse nem sempre comportamentais observadas. Lagostas são organismos bom modelo para o coração e medições freqüência ventilatória devido à possibilidade de gravação, bem como a rica história conhecida da morfologia do crustáceo, que remonta a Huxley em 1888, e os comportamentos bem estudado típico.

Protocol

Introdução

Organismos deve apresentar uma grande variedade de comportamentos para responder a estímulos ameaçadores e mudanças no ambiente. A resposta autonômica é bem estudada em vertebrados como a luta ou fuga resposta em que o sistema nervoso simpático fisiologicamente prepara o ambiente interno (Carpenter, 1976;. Nicholls et al, 2001). É através de alterações fisiológicas que o organismo pode regular a resposta ao estresse e alterar o comportamento de reagir a um ataque iminente ou mudanças ambientais. As evidências mostram que o sistema cardio-vascular está intimamente ligada com o sistema respiratório, assim, permitindo que o ambiente interno para responder e implementar uma resposta. É sabido que o controle autonômico do sistema respiratório e cardiovascular pode regular a disponibilidade de oxigênio e nutrientes para os tecidos-alvo específicos necessários para uma resposta iminente comportamentais.

Nos vertebrados, a resposta autonômica e fisiológicos é tão bem evoluído, mas parece provável que os invertebrados complexos, de modo semelhante possuem um sistema de resposta desenvolvidos (Schapker et al, 2002;. Zavarzin, 1941). Apesar de vertebrados e invertebrados são muito diferentes sistematicamente; invertebrados altamente desenvolvidos exigem a rápida resposta cardiovascular e respiratória para responder em uma briga ou modo de vôo. Para muitos invertebrados, uma resposta simpática-como fisiológicos podem ser quantificados. Datado de 1927, muitos dos estudos muito cedo foram realizados em invertebrados, especificamente utilizando artrópodes em geral (Alexandrowicz, 1932; Orlov, 1927; Zavarzin, 1941).

Lagostas são conhecidos por apresentar uma ampla gama de comportamentos rápida, assim como a capacidade de avaliar e responder aos estímulos ambientais. Estudos muito cedo notaram uma resposta simpática-como de uma resposta rápida e imediata de postura de defesa (Bethe, 1897; Huxley, 1880; Shuranova et al, 2006;. Wiersma, 1961). O coração lagostas adultas é neurogênica desde a batida eo ritmo são controladas pelo sistema nervoso central (Alexandrowicz, 1932; Yamagishi e Hirose, 1997;. Yamagishi et al, 1997; Wilkens, 1999). Rotineiramente, a medição da taxa de um animal cardíaca (FC) fornece uma medida direta da excitação e prontidão do ambiente interno. Em lagostas, um aumento da FC é notado durante uma postura de defesa quando apresentados com um estímulo percebido ameaçadora (Listerman et al., 2000). Este tipo de resposta do sistema nervoso também foi mostrado em lagostas (Yazawa e Katsuyama, 2001).

O sistema respiratório também é neuronalmente controlados com um gerador de padrão ventilatório central (VPG), responsável pela captação de oxigênio através das brânquias pela ação de bombeamento de dois apêndices especializados scaphognathites denominado (Mendelson, 1971). A única scaphognathite reside em cada câmara branquial nas extremidades anterior e tira água através das brânquias por um movimento rítmico (Pasztor, 1968). O VPG, como com o coração, pode ser modulada por diversos fatores. Trabalho anterior no caranguejo, Cancer magister mostra ritmo cardíaco e respiratório podem ser alteradas por controle central através dos neurônios de comando (Wilkens et al., 1974). Além disso, a atividade da VPG é conhecido por mudar com as mudanças na resposta interna e com as interações sociais ou mudanças ambientais em crustáceos (Burmistrov e Shuranova, 1996; cuadras, 1979, 1980; Li et al, 2000;. Listerman et al. , 2000; McMahon e Wilkens, 1983; Schapker et al, 2002;. Shuranova et al, 2002;. Wilkens, 1976). Como visto no crustáceo, atividade ventilatória (RV) pode variar dependendo do estado interno e mudanças no VR pode ser gravado durante inesperados estímulos externos (Shuranova et al, 1993;. Shuranova et al, 2002)..

Devido à confiabilidade e viabilidade de RH e medidas VR, as questões futuras a serem feitas são infinitas. Como observado anteriormente, o trabalho tem sido feito para examinar a resposta autonômica durante as interações sociais e distúrbios ambientais. Curiosamente, muitas áreas são deixadas para serem explorados como o exame da resposta autonômica durante alterações hormonais naturais e / ou outros processos fisiológicos que ocorrem no organismo. Possíveis direções futuras também podem examinar simpática-como respostas durante o acasalamento e recepção química olfativa. Mais importante ainda, respostas fisiológicas podem fornecer insights maior em uma resposta do organismo ao meio ambiente quando comparado com as observações comportamentais já que os animais nem sempre respondem comportamentalmente quando eles estão se preparando internamente. Assim, a medida fisiológica fornece um índice biológico para avaliar o estado interno de um organismo que pode explicar as mudanças globais em um organismo.

Métodos

Antes de começar a fio um crustáceo, preparação de fios é necessária. Corte dois fios de aço inoxidável (diâmetro 0,005 polegadas e com o revestimento 0,008 polegadas; AM Systems, Carlsburg, WA) o tempo suficiente para inserir o lagostim e adequadamente chegar a um detector de impedância (UFI, modelo 2991). Remova o isolamento (~ 0,5 mm) pelo fogo nas extremidades de ambos os fios que serão inseridos na carapaça. Tenha cuidado para não remover o isolamento muito como um fio desencapado na parte externa do animal deve ser recoberto para evitar curto-circuito de impedância gravações. Em seguida, usando uma pinça dobrar as extremidades dos fios queimados em um ângulo de 90 para a colocação na carapaça. Certifique-se que a parte inserida do fio não é muito longa, porque isso poderia causar danos aos órgãos internos. De viabilidade de inserir os fios em um tubo de plástico (que protege os fios), o melhor é vagamente torcer os fios juntos. Se o coração de gravação e as taxas de ventilação, repita os passos acima a uma segunda vez e os dois conjuntos de fios pode ser vagamente trançados juntos antes da colocação no tubo de plástico. Certifique-se de designar os fios para o coração e taxa de ventilação de modo a não confundir os quais os fios que atribuem ao detector de impedância para a gravação. É melhor para rotular os fios cortados ou um par mais curto do que o outro no começo.

Viabilizar e segura o fio lagostas, é melhor para embrulhar as garras e as pernas (deixando as costas e um lado exposto), em pano molhado ou toalhas de papel para eliminar o dano à pessoa e / ou lagostim (Figura 1).

Figura 1 Figura 1. Envolvimento da chelipeds e as pernas do crustáceo. Envolvendo o crustáceo em uma toalha de papel molhado vai evitar lesões à pessoa e os lagostins. A embalagem vai dificultar a capacidade do crustáceo para mover o chelipeds e pernas.


Para iniciar o processo de fiação, é melhor começar na câmara branquial vez que a espessura da carapaça varia de acordo com cada lagostas e força em excesso pode causar danos aos órgãos internos, assim, começando na câmara branquial, a pressão excessiva é menos provável de matar o crustáceo como em comparação com a caixa torácica. O primeiro buraco é feita usando uma ponta fina bisturi e grande o suficiente para um fio para ser colocado debaixo da cutícula na região rostral da câmara branquial (ie, câmara prebranchial para monitorar freqüência ventilatória;. Schapker et al, 2002). Um grande buraco terá perda de hemolinfa excessiva e não veda adequadamente e isso vai aumentar a probabilidade de os fios não permanecendo no buraco designado. Uma vez que o fio está no lugar, queda de uma pequena quantidade de cola (éster de cianoacrilato) e acelerador (HobbyTown EUA, Lexington, KY) para o fio. O uso da cola de secagem rápida reduz o stress manejo dos animais. Tenha cuidado para colocar apenas uma pequena quantidade de acelerador para a cutícula uma vez que este é tóxico para o lagostim e causar a morte. É melhor acabar imediatamente qualquer acelerador adicional fora com papel toalha. Repita essas etapas para o segundo fio na câmara branquial. Estes dois fios são colocados para abranger o scaphognathite (órgão respiratório) para garantir uma medida de impedância forte precisas durante cada movimento scaphognathite (Figura 2). Para obter um registro mais preciso, certifique-se que o segundo fio não é colocado fora da câmara branquial e na caixa torácica.

Figura 2 Figura 2. Colocação de fios de aço inoxidável na câmara branquial. Os pontos brancos na carapaça representam pontos para os fios de aço inoxidável para ser colocado sob a cutícula. Os fios atravessam o scaphognathite e movimento através da medida de impedância dinâmica.

Os passos para a taxa de fiação coração na caixa torácica é o mesmo que acima, exceto os fios são colocados sob a carapaça dorsal diretamente sobre o coração e extensão do coração em um arranjo rostral-caudal (Figura 3). Este posicionamento garante uma medida de impedância forte precisas durante cada contração do coração (Listerman et al., 2001).


Figura 3 Figura 3. Colocação de fios de aço inoxidável na caixa torácica. Os pontos brancos na carapaça representam pontos para os fios de aço inoxidável para ser colocado sob a cutícula. Os fios atravessam o coração em um arranjo rostral-caudal. Isto irá permitir a medidas de contração do coração através de impedância dinâmica.


Uma vez que a colocação de todos os quatro fios está completo, misturar um adesivo instantâneo (Eastman, 5 min e secagempoxy) e revestimento dos furos para cada local, assim como os fios. Uma vez que os fios e furos sejam adequadamente cobertos, use o epóxi restantes para segurar o tubo de plástico à volta do lagostim. Isso irá garantir que os fios não vai ser puxado para fora dos buracos em manejos futuros. Desde o epóxi leva alguns minutos para secar, deter ou coloque o crustáceo em um recipiente sem água até que o epoxy não é mais pegajosa ao toque. Uma vez que o epoxi é seco, lavar as lagostas em água para remover excesso de produtos químicos e colocá-los de volta em um ambiente aquático. Para garantir a saúde do crustáceo, o melhor é trocar a água em cerca de uma hora para remover quaisquer substâncias químicas não previamente removido. Como se observa dos investigadores anteriores, descobrimos que manipulação prolongada altera a medidas fisiológicas de estresse, devido por um período de tempo de 24 h para 3 dias (Wilkens et al, 1985.), Portanto, os animais devem ser deixados para 2 a 3 dias antes de qualquer experimentação .

ECGs para gravar, conectar os fios do crustáceo a detectores de impedância. Os dois fios que medem o cardíaca (FC medida) deve ser ligado a um detector de impedância único e mesmo para os dois fios que medem o scaphognathite (medida VR). O detector de impedância medidas resistência dinâmica entre os dois fios de aço inoxidável. Esses sinais são captados por ligar o detector on-line para um PowerLab através de uma interface PowerLab/4SP (Instrumentos AD). Todos os eventos são medidos e calibrado com a versão do software 5.5.6 Gráfico PowerLab (AD Instruments, Austrália). Para começar, defina uma taxa de aquisição de 4 kHz. As deflexões grandes representará batimento cardíaco ea taxa de ventilação. Para facilitar a contagem de cada HR / VR, uma função de suavização pode aplicar ao conjunto de dados. Se 100 pontos foram suavizados (isto é, em média) o traço resultante vai retratar apenas os batimentos cardíacos. A freqüência cardíaca pode ser determinado por contagem direta de cada batida mais de 10 s intervalos e depois convertido em batimentos por min (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

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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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