Waiting
Login processing...

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

Biology

Меры сердца и вентиляционная Тариф в свободно движущейся раков

doi: 10.3791/1594 Published: October 15, 2009

Summary

Беспозвоночные показать вегетативные симпатические-подобный ответ, аналогичный описанному для позвоночных. Координация сердечно-сосудистой и вентиляционной систем позволяет для измерения биологических индексов, в котором для оценки внутреннего состояния организма.

Abstract

Страх, бегства или борьбы ответом служит фундаментальной физиологической основой для изучения осведомленности организма из его окружения под готовящемся нападении хищника. Хотя это и не известно, является ли беспозвоночных обладают вегетативной нервной системы идентичны позвоночных, данные показывают, беспозвоночных симпатической-как ответ на регулирование внутренней среды и готовы организм действовать поведенчески к данному раздражители. Кроме того, эта физиологическая реакция может быть реально измерена и он действует как биологический индекс для внутреннего состояния животного. Измерения физиологическая реакция может быть непосредственно связано с внутренними и внешними стресс путем внесения изменений в центральной нервной системе контролируемой координации сердечно-сосудистой и дыхательной систем. В частности, мониторинг сердца и вентиляции ставки обеспечивают количественные меры стрессовой реакции не всегда поведенчески наблюдается. Раки хорошо модельных организмов для сердца и вентиляционной измерения скорости из-за возможности записи, а также богатая история известна морфологии раков, начиная с Хаксли в 1888 году, и хорошо изученных типичных форм поведения.

Protocol

Введение

Организмы, должны обладать широким спектром моделей поведения, чтобы реагировать на угрожающие стимулы и изменения в окружающей среде. Вегетативная реакция хорошо изучена у позвоночных, как борьба или бегство ответ, в котором симпатической нервной системы, физиологически готовит внутренней среды (Carpenter, 1976;. Николс и др., 2001). Именно благодаря физиологическим изменениям, которые организм может регулировать стрессовую реакцию и изменяют поведение реагировать на предстоящее нападение или изменения окружающей среды. Опыт показывает, что сердечно-сосудистая система тесно связана с дыхательной системой позволяя внутренней среды реагировать и осуществлять реакцию. Хорошо известно, что автономного контроля дыхательного и сердечно-сосудистой систем может регулировать доступность кислорода и питательных веществ к тканям конкретных целевых необходимых для предстоящего поведенческого ответа.

У позвоночных, вегетативной и физиологическая реакция настолько хорошо развивались, казалось бы, вероятно, что комплекс беспозвоночных бы аналогичным образом иметь развитую систему реагирования (Schapker и др., 2002;. Заварзин, 1941). Хотя позвоночных и беспозвоночных животных очень разные систематически; высокоразвитых беспозвоночных требуют быстрого сердечно-сосудистой и дыхательной ответ реагировать борьбы или бегства образом. Для многих беспозвоночных, сочувственно-как физиологическая реакция может быть определена количественно. Здание было построено в 1927 году, многие из самых ранних исследований были проведены у беспозвоночных, в частности, использование членистоногих в целом (Александрович, 1932; Орлов, 1927; Заварзин, 1941).

Раки, как известно, проявляют широкий спектр быстрого поведения, а также способность оценивать и реагировать на внешние стимулы. Очень ранние исследования отметили симпатической-подобные реакции немедленного и быстрого реагирования обороны позерство (Бете, 1897; Хаксли, 1880; Шуранова и др., 2006;. Вирсма, 1961). Взрослого сердца раков нейрогенной так избили и ритм находятся под контролем центральной нервной системы (Александрович, 1932; Ямагиси и Hirose, 1997;. Ямагиси и др., 1997; Уилкенс, 1999). Регулярно, измерение частоты сердечных сокращений животного (HR) обеспечивает прямой мерой возбудимости и готовности внутренней среды. В раков, увеличение HR отмечается при защите позы при предъявлении воспринимается угрожающим стимулом (Листерман и соавт., 2000). Этот тип нервной системы реагирования была также показана на лангустов (Yazawa и Katsuyama, 2001).

Вентиляционной системы также neuronally управляться с вентиляционной центральный генератор шаблона (ВПГ), ответственных за поглощение кислорода через жабры на насосное действие два специализированных придатками называется scaphognathites (Мендельсон, 1971). Одного scaphognathite живет в каждом жаберных камере при передних концов и вытягивает воду через жабры на ритмические движения (Паштор, 1968). ВПГ, как и с сердцем, можно модулировать от многих факторов. Предыдущая работа в краба, Рак магистр показывает, сердечной и вентиляционной ритм может быть изменено, центральное управление через командную нейронов (Уилкенс и соавт., 1974). Кроме того, активность ВПГ, как известно, изменяются с изменением внутренней реакции и с социальными взаимодействиями или экологических изменений в ракообразных (Бурмистров и Шуранова, 1996; Cuadras, 1979, 1980, Li и др., 2000;. Листерман и соавт. , 2000; McMahon и Уилкенс, 1983; Schapker и др., 2002;. Шуранова и др., 2002;. Уилкенс, 1976). Как видно из раков, вентиляционной деятельности (VR) может варьироваться в зависимости от внутреннего состояния и изменения в ВР может быть записан в случае неожиданных внешних раздражителей (Шуранова и др., 1993;. Шуранова и др., 2002.).

Благодаря надежности и возможности HR и VR меры, будущие вопросы, которые следует задать бесконечны. Как отмечалось ранее, работа была проделана для изучения вегетативной ответ во время социальных взаимодействий и экологических нарушений. Интересно, что многие районы остались предстоит исследовать такие, как изучение вегетативной ответ во время стихийных гормональные изменения и / или другие физиологические процессы, происходящие в организме. Возможные будущие направления могут также изучить симпатической-подобные реакции во время спаривания и обонятельной рецепции химических веществ. Самое главное, физиологические реакции могут обеспечить большую понимание реакций организма на окружающую среду по сравнению с поведенческими наблюдениями так как животные не всегда реагируют поведенчески, когда они готовят себя внутренне. Таким образом, физиологические измерения обеспечивает биологический индекс для оценки внутреннего состояния организма, которые могут объяснить общие изменения в организме.

Методы

Перед началом проволоки раков, подготовка проводов не требуется. Вырезать две изолированные проволоки из нержавеющей стали (диаметр 0,005 дюйма и с покрытием 0,008 дюйма, А. М. Systems, Carlsburg, WA) достаточно долго, чтобы вставить в раки и адекватно достигать сопротивление детектора (UFI, модель 2991). Снять изоляцию (~ 0,5 мм) от пожара на концах и провода, которые будут вставлены в панцирь. Будьте осторожны, чтобы не удалить слишком много изоляции, как оголенный провод на внешней животное должно перекрываться для предотвращения короткого замыкания записи импеданса. Затем, используя щипцы изгиб сожгли концы проводов в 90 угол для размещения в панцирь. Будьте уверены, что вставлена ​​часть провода не слишком долго, потому что это может повредить внутренние органы. Для возможности вставки провода в пластиковой трубке (который защищает провода), то лучше, чтобы свободно крутить провода вместе. Если сердце записи и вентиляции ставок, повторите описанные выше действия второй раз, и два комплекта проводов может быть свободно сплетенную перед размещением на пластиковые трубы. Убедитесь, что для обозначения провода для сердца и вентиляции, чтобы не путать, какие провода присоединить к которой сопротивление детектора для записи. Лучше всего для маркировки проводов или вырезать одну пару меньше, чем другие в самом начале.

Чтобы реально и безопасно проволоки раков, лучше всего обернуть когти и ноги (оставляя спину и одна сторона выставляется) во влажной тканью или бумажными полотенцами, чтобы ликвидировать повреждения лица и / или рака (рис. 1).

Рисунок 1 Рисунок 1. Обмотка из chelipeds и ноги раков. Упаковка раки в влажное бумажное полотенце предотвратит повреждения лица и раков. Упаковка будет препятствовать способности раков двигаться chelipeds и ноги.


Чтобы начать процесс проводки, то лучше всего начать в камере жаберных с панцирем толщиной меняется с каждым раков и чрезмерной силы может привести к повреждению внутренних органов, тем самым, начав в жаберные камеры, избыточного давления, менее вероятно, чтобы убить как раки по сравнению с грудным камеры. Первое отверстие производится с помощью тонкой точке скальпель и достаточно большой для проволоки для вставки под кутикулой в ростральной области жаберных камеры (то есть, преджаберных камеру для контроля скорости вентиляционной;. Schapker и др., 2002). Большое отверстие будет иметь чрезмерную потерю гемолимфы и не будет уплотнение правильно и это увеличит вероятность того, провода не остается в назначенный отверстие. Как только провод на место, падение небольшое количество клея (цианоакрилат эфир) и ускоритель (HobbyTown США, Лексингтон, штат Кентукки) на провод. Использование быстрого высыхания клея уменьшает стресс обработки животных. Будьте осторожны, чтобы место лишь небольшое количество ускорителей на кутикулу, так как это является токсичным для раков и приведет к смерти. Лучше всего сразу же протрите излишки ускоритель с бумажным полотенцем. Повторите эти действия для второй провод в камере жабры. Эти два провода помещаются в промежуток scaphognathite (дыхательный орган), чтобы обеспечить сильное точное измерение сопротивления во время каждого scaphognathite движения (рис. 2). Для получения точной регистрации, убедитесь, что второй провод находится не снаружи жаберные камеры и в грудной камеры.

Рисунок 2 Рисунок 2. Размещение проволоки из нержавеющей стали в камеру жабры. Белые точки на панцире представляют точки для проволоки из нержавеющей стали для установки под кутикулой. Провода промежуток scaphognathite и измерить движение через динамические сопротивления.

Шагов для подключения частоты сердечных сокращений в грудном камера же, как и выше, за исключением провода находятся под спинной панцирь прямо над сердцем и диапазона сердце в ростральной-каудальном расположения (рис. 3). Данное размещение обеспечит сильную точного измерения импеданса в течение каждого сердечных сокращений (Листерман и соавт., 2001).


Рисунок 3 Рисунок 3. Размещение проволоки из нержавеющей стали в грудной камеры. Белые точки на панцире представляют точки для проволоки из нержавеющей стали для установки под кутикулой. Провода промежуток сердце в ростральной-каудальном договоренности. Это позволит меры сердечных сокращений с помощью динамического сопротивления.


После размещения всех четырех проводов завершено, смесь мгновенного клея (Eastman, 5-мин сушки электроннойникудышный) и пальто отверстия для каждого места, а также провода. Как только провода и сверлить отверстия адекватного отражения, используйте оставшиеся эпоксидной провести пластиковой трубки к задней части раков. Это гарантирует, что провода не будет вытащил из отверстия в будущем расправы. С эпоксидным занимает несколько минут, чтобы высохнуть, держать или место раки в контейнер без воды, пока смола не липкий на ощупь. Как только смола сухая, вымыть раков в воде, чтобы удалить избыток химикатов и поместите их обратно в водную среду. Для обеспечения здоровья раков, лучше всего менять воду примерно в один час, чтобы удалить любые химические вещества, которые ранее не удаляется. Как отмечалось в предыдущих исследователей, мы обнаружили, что длительное обработки изменяет физиологических измерений из-за стресса на время продолжительностью 24 ч до 3 дней (Уилкенс и др., 1985.), Поэтому, животные должны быть оставлены в течение 2 до 3 дней до того, эксперименты .

Для записи ЭКГ, подключить провода от раки с сопротивлением детекторов. Два провода охватывающих сердца (мера HR) должны быть присоединены к одним детектором сопротивление и аналогично для двух проводов охватывающих scaphognathite (мера VR). Сопротивление детектор измеряет динамическое сопротивление между двумя проволоки из нержавеющей стали. Эти сигналы регистрируются, подключив детектор он-лайн для PowerLab через интерфейс PowerLab/4SP (AD Instruments). Все события измеряются и калибровка с помощью программного обеспечения PowerLab Диаграмма версии 5.5.6 (AD инструменты, Австралия). Во-первых, установить приобретение скорость 4 кГц. Больших прогибов будет представлять сердцебиение и вентиляции. Для удобства в подсчете каждого HR / VR, сглаживающая функция может применяться к набору данных. Если 100 очков были сглажены (то есть в среднем) результирующая трассировка будет изображать только сердцебиение. Сердечных сокращений может быть определена прямого счета каждой доли более 10-х интервалов и затем преобразуется в ударах в минуту (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).
Меры сердца и вентиляционная Тариф в свободно движущейся раков
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