Yöntem makalesi

Kerevit kardiyak ve davranışsal faaliyetlerinin sürekli noninvaziv ölçme

DOI:

10.3791/58555

⸱

6 Şubat 2019

 ,  ,  ,  ,  , 
1Faculty of Fisheries and Protection of Waters, South Bohemian Research Center of Aquaculture and Biodiversity of Hydrocenoses, University of South Bohemia in České Budĕjovice

* These authors contributed equally

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu makale sürekli kayıt ve kerevit kardiyak ve Lokomotor faaliyetlerin analizleri için bir noninvaziv biomonitoring sistemi sunar. Bu sistem yakın kızılötesi optik sensör, video izleme modülü ve fizyolojik durumuna yansıtır ve kerevit davranış sırasında kalp atışı dalgalanmaları karakterize kerevit sinyal değerlendirmek için yazılım oluşur.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bir kerevit, omurgasızlar davranış ve fizyolojik çalışmaları için pratik bir biyolojik model olarak ve su kalitesi, yararlı bir biyolojik göstergesi olarak hizmet veren önemli bir su organizmadır. Kerevit doğrudan su kalite bozulmasına neden maddeler belirtemezsiniz olsa bile, onlar insanların kalp ve davranışsal faaliyetleri akut değişiklikler yoluyla su kalite bozulma hemen (birkaç saniye içinde) uyarabilirsiniz.

Bu çalışmada, biz kolaylık ve güvenilirlik bir modeli birleşimi nedeniyle çeşitli koşullar altında uygulanması basit bir noninvaziv yöntem mevcut.

Biyolojik organizmaların çevresel değerlendirme işlemleri halinde uygulanan bu yaklaşım, uyarı ve akut su bozulma ortam bir ortamda önlenmesi için bir güvenilir ve zamanında alarm sağlar. Bu nedenle, invaziv olmayan bu sistem kerevit fizyolojik temel ve ethological parametre kayıtları bir su ortamındaki değişikliklere tespiti için soruşturma. Bu sistem şimdi içecek üretimi için kullanılan su kalitesini kontrol etmek için yerel bir bira fabrikası, uygulanır, ancak herhangi bir su arıtma ve tedarik tesisi sürekli, gerçek zamanlı su kalite değerlendirme ve düzenli laboratuvar için kullanılabilmesi için araştırmalar kerevit kardiyak Fizyoloji ve davranış.

Giriş

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Sucul organizmalar uygulamaları, hem model organizmalar için çeşitli laboratuvar araştırmaları1,2 ve endüstriyel ve doğal çevre su kalite3,4 izleme araçları olarak konu , de belirlenmesi için görünür. Yine de, bu konuda hala önemli bilimsel topluluk ya da diğer meslekler ait olup ne olursa olsun insanlar için ilgilendirir. Belirli parametreleri (sözde "biyolojik")5,6,7,8, seçmek için en önemli gereksinimleri izlemek için Gelişmiş Yöntem bir dizi varlığı rağmen bir gösterge oluşur üç basit faktörleri: (i) basitlik, güvenilirlik (II) ve (III) genel availability.

Çünkü dünya çapında bulunur, yaygındır ve çoğu durumda9' da yeterince büyük ve sert kabuk manipülasyon için uygun bulunmadığından, kerevit, tatlı su fauna, temel bir temsilcisi olarak kendini ayırt eder. Bu eklem bacaklılar nispeten basit bir düzenleme10sürdürmek yeterli gelişme ve hayati fizyolojik sistemleri ise, ilgili organları aynı anda sağlamak daha yüksek omurgasızlar grubuna ait.

Yöntemleri crayfishes biyolojik ve/veya davranış parametreleri, dizi değerlendirme üzerinde bilimsel literatürde açıklandığı gibi göre önemli ölçüde genel olarak biomonitoring ve kerevit çalışmaları gelişmesine katkıda bulunmuştur. Kerevit kalp hızı ölçümleri için şu anda mevcut invaziv yöntemlerin çoğu karmaşık ve hassas cerrahi işlem11,12,13gerektiren elektrokardiyogram kayıtlarda temel alır; Bu tür işlemler için önemli stres neden olabilir ve uzun süreli adaptasyon tarafından kerevit gerektirebilir. Ayrıca, bilinmemektedir nasıl uzun bir kerevit böyle elektrotlar taşıyabilir ve o-başarıyla tüy dökme gibi ek taşırken olup olmadığını. Açıklanan noninvaziv yöntemleri donanım karmaşıklığı tarafından karmaşık ve sinyal filtreleme14 ve bir yükseltme veya hassas ve pahalı optik bileşenler15 için bir klima devre gerektiren plethysmographic kayıtları esas alan ,16.

Bu çalışmada, varolan sonuçlarına katkıda bulunur ve geçerli kerevit Nabız ölçüm yordamlar geliştirmek için yeni alternatifler sunan bir yaklaşım nitelendirdi. Avantajları arasında (i) does değil istemek uzun süreli bir fizyolojik adaptasyon; hızlı ve noninvaziv bir eki var (II) crayfishes sensör deri değiştirme için deri değiştirme üzerinden birkaç aylık bir süre içinde taşıma yeteneği; (iii) yazılım gerçek zamanlı kalp ve davranışsal faaliyetleri ve aynı anda birden fazla kerevit elde edilen verilerin değerlendirilmesi izleme yeteneğine sahip; (iv) bir düşük üretim fiyat ve basitlik. Biz tarif biomonitoring sistem noninvaziv ve sürekli crayfishes'etho fizyolojik özellikleri değişikliklere göre kerevit kardiyak ve Lokomotor faaliyetleri izleme izin verir. Bu sistem kolayca laboratuvar muayeneleri kerevit kardiyak Fizyoloji ve/veya etoloji, su arıtma ve tedarik tesislerinde su kalite kontrol etmek için endüstriyel uygulamaları ek olarak uygulanabilir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. kerevit seçimi

  1. Güncel yaklaşımlar kerevit için başarıyla uygulamak için (Bu bir yengeçsen uzunluğu en az 30 mm) yeterli yengeçsen boyutları ile ilgili yetişkin örnekler sensör eki için seçin, görsel olarak hastalık olmaması için incelemek ve kontrol Bu dokunduğumda olup her iki chelae kaldırıyor. Yukarıda belirtilen parametreleri uygun bir kerevit sağlık durumunu belirtir.
    Not: Birkaç kerevit deney sırasında kullanılacak beklenen ve aynı koşullara maruz kalan, deney grubu üzerinde birkaç parametre tabanlı oluşmuş olmalıdır: (i) benzer ağırlık ve uzunluk; (ii) karşılaştırılabilir kalp hızı; (iii) belirgin gece faaliyet; (iv) düzenli gıda tüketimi; (v) dönem17arası deri değiştirme. Bazen, bir kerevit kalp hızı ölçümleri tarafından deri değiştirme veya görüntü veya dokunsal sınavlar sadece yakın olup tanımlamak zordur; Bu nedenle, kerevit'ın hemolymph toplam protein içeriği analiz yardımcı olabilir. Protein içeriği kerevit için deri değiştirme daha içinde arası molting devlet18daha yakın olduğunda daha yüksek olması bekleniyor.

2. kayıt kerevit kardiyak aktivite ve davranış

  1. Noninvazif kerevit kalp oranları ölçmek için birime sensör Bu yordam için hazır olun. Bu önce bir kerevit ile su tankı içine koymak ve sensör19 hazırlanması da bir kaç gün sürecek bir kaç günlüğüne orada alışmana izin verin.
    1. Eksenel bir IR ışık yayan diyot (LED) bir phototransistor ile çift. Optik sensör devre bir tahta üzerine ekleyin; Bu 5 V güç kaynağı gerektirir. LED bağlantısı için bir 200 Ω direnç IR sensör tahtada yer; phototransistor bağlanmak için üzerinde kurulu bir 220 Ω direnç yerleştirin.
    2. Kerevit için bağlandığında, sensör çıktı kerevit kalp kası doldurma hemolymph miktarına göre modüle ve LED olay bir ışıktan scatters. Karşılıklı ışıklı IR LED ile hafif ve yansıyan IR phototransistor tarafından alındığında, kerevit kalp hafif önlemek için küçük bir duvar koymanız (0.5 x 1.5 x 4 mm, kalınlık x yükseklik x Genişlik) siyah antistatik plastik LED ve phototransistor arasında.
    3. LED su geçirmez bir pakette yer ve su geçirmez dielektrik jel sensörlü yüzeyden olası zararlardan (Şekil 1) bitişik yengeçsen elektronik bileşenler korunması için yan kapak. En iyi koruyucu özelliklerini elde etmek için 3 gün boyunca kuru jel izin.
    4. Analog bir sinyal için ince esnek kabloları (yaklaşık 3 m uzunluğunda) için sensör takmak ve analog dijital dönüştürücü (ADC); Bağlan Bu, sayısallaştırılmış sinyal bir kişisel bilgisayara USB arabirim üzerinden, kardiyak aktivite kaydedilir, kerevit vukuf işaret analiz aktarılır özel yazılımı ile gerçek zamanlı (bkz. Tablo reçetesi) ve için saklı daha fazla detaylı analizler.
  2. En kısa zamanda sensör hazırlanır, kerevit için ekleyin. Sipariş bunu yapmak için şalter belgili tanımlık bilgisayar ve belgili tanımlık bilgisayar yazılımı çalıştırın. Algılayıcılar ve tarihi dosyaya kaydedilmesi için kaydedilen nabız düzeltilmesi için kerevit sayısını belirleyin.
  3. Kerevit sudan çıkarın ve dorsal yengeçsen yan kağıt havlu ile silin. Chelae ve kerevit karın insan eliyle zararlardan kaçınmak için ve sıcak insan eliyle neden kerevit üzerinde ek stres ortadan kaldırmak için kağıt havlu sarın.
    Not: Kerevit buz üzerinde veya manipülasyonlar sensör eki ile önce onun immobilizasyon için dondurucuda bir önceki soğutma kullanmayın. Sıcaklık farkı kerevit dorsal yüzey hangi, sırayla, kerevit'ın yengeçsen güvenilmez sensör sıkılaştırma ve hızlı yapıştırıcı dekolmanı yol açar ağlayan için yol açar.
  4. Bir yüzey hazırlamak (yani, plastik küçük bir düz parça almak ya da yapışkan bant parçası gözyaşı ve bir tabloya düzeltebilirim) ve tutkal karıştırma için bir sopa. İki küçük damla (yaklaşık 0.5 cm çapında) tüpler A ve B içeren Epoksi Yapıştırıcı dışarı basın ve hızlı bir şekilde bunları karıştırın.
  5. Sensör kerevit dorsal kabuğu ekleyin ve hangi-cekti var olmak maksimal kalp sinyal genlik yer bulmaya çalışın. Bir elinde sensörlü kerevit tutun ve diğer serbest el kullanarak, karışık tutkal bir damla her sensör üzerinde yer alan dört yedek kablolar koyun (onları adımlar arasında 2.1.1 ve 2.1.4 giderdi.). Tutkal sertleşir kadar sensör en az 5 dk hareket etmiyor (ortam sıcaklığı ve nem tutkal sertleştirme bağlıdır).
    Not: Ne zaman sensör kerevit kabuk için fixing, en iyi (maksimal) kardiyak sinyal genlik ile alanını tanımlamak için iyice kabuğu tarafından gelen bütün kalp alanı inceleyin. Bu yazılım daha kesin kalp oranı hesaplamalarını sağlamak için yardımcı olacaktır.
  6. Ücretsiz bir el kullanarak tutkal dokun ve yapışkan değilse, unwrapped kerevit ekli sensörü (Şekil 2) ile belgili tanımlık kutu ezelî su tutkal tamamen kuru olana birkaç dakika daha koymak.
    Not: Kerevit ve yapıştırıcı kullanımı için en uygun bir sıcaklık 18 22 ° C'ye değişir. Bu sıcaklıklarda yapıştırıcı 5-7 dk içinde sertleşir ve 8-10 dk içinde tamamen kuru. Düşük sıcaklıklarda, kerevit stres daha az telaffuz edilir; Ancak, tutkal sağlamlaştırmak için daha fazla zamana ihtiyacı yaklaşık 15 ile 20 dk 15 ° C ve 10 ° C altında anılan sıraya göre. Özellikle üzerindeki 25 ° C, daha yüksek sıcaklıklarda tutkal 3 dk. içinde sertleşir, ama çok daha fazla stres kerevit uğrar; Bu nedenle, kabuklu pozlama su olmadan aşırı koşulları için en aza indirmek deneyin.
  7. Kerevit geri tank içine taşınmadan önce onun cephalothorax suya kısa aralıklarla birkaç saniye ile birkaç kez solungaçları içinde birikmiş hava deşarj izni vermesi için daldırma ve kerevit için suda bırakın herhangi bir aşırı kimyasal kaldırmak için yaklaşık 1 saat. Bu işlem tamamlandıktan sonra kerevit suya bırakın ve gözlenen fizyolojik endeksleri bağlı olarak deneysel koşullar altında 1-2 haftadır alışmana izin vermek. Her geçen gün en iyi su alışverişidir calıştıkları dönemlerde.
    Not: İklime alıştırılacağı ve sağlıklı bir durumda olan kerevit özelliklerinin belirgin sirkadiyen kalp ve Lokomotor aktivite, düzenli gıda tüketim ve çoğu özel bir sığınak ışığında (verildiyse) harcama içerir.

3. kamera ve yazılım kurulumu

  1. Yazılımını başlatın; video kamera otomatik olarak geçiş yapar.
  2. Hareket algılama bir seçenek belirleyin, iyice alan üstünde belgili tanımlık perde her tank tespit ve yazılım izleme hareketini ve kardiyak aktivite kayıtları ile bağlama başlayacaktır.
    Not: Kerevit hareket algılama modülü kerevit davranış tank ve davranışı kardiyak aktivite ile birleştiren yazılım aşağıdan izler bir video kamera oluşur. Modül verilerden kerevit yüksek lokomotif faaliyet gösteren dönemleri ortadan kaldırarak daha kesin kardiyak aktivite veri işleme kolaylaştırmak için kullanılır. Ani kerevit hareketleri (yani, bir kaçış reaksiyon veya başlatma besleme) dalgalanmalar veya kısa süreli ani kardiyak aralığı hesaplamaların duyarlığını azaltabilir kardiyak sinyaller neden olabilir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Sonuç olarak, kaydedilen ve txt biçimi dosyasında (Şekil 3) kaydedilen kardiyak ve davranışsal faaliyetleri, kerevit kombinasyonu elde. Deneysel kerevit, tarih ve örnekleme hızı sayısı yanı sıra, dosya üç sütunlarından oluşur: (1) sürekli saati snsn biçimde; (2 kalp hızı dakikada atım otomatik olarak hesaplanır; (3 hareket Devamsızlık (0) veya herhangi bir hareket (1) varlığı kayıtlı. Kerevit etkin olmayan zaman sıfır hücreye hareket için sorumlu atandı ve ta...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu yaygın olarak (örneğin, kalp veya havalandırma oranı veya her ikisi) bazı fizyolojik parametrelerinin ölçüm kerevit reaksiyonlar davranışsal yanıt-e doğru değil her zaman ortaya değerlendirilmesi daha kayıt için daha güvenilir bir yöntem olduğunu öne sürülmüştür hemen11. Ancak, çevresel değişiklikler gerçek kerevit tepkileri değerlendirmek için en etkin yaklaşım kardiyak aktivite ve davranış kayıtları ile birlikte çünkü bu nedenlerden kerevit kalp atışı için görmek mümkün kılan belirgindir deği...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar ifşa gerek yok.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışmada Milli Eğitim Bakanlığı, gençlik ve spor Çek Cumhuriyeti-projeler "CENAKVA" No tarafından desteklenmiştir CZ.1.05/2.1.00/01.0024 ve "CENAKVA II'' No LO1205 Ulusal sürdürülebilirlik altında Program ben, Grant Ajansı, Üniversitesi Güney Bohemya'da České Budějovice (012/2016/Z) tarafından ve Çek Cumhuriyeti (No. 16-06498S) Grant Kurumu tarafından

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
IR LED diyotKINGBRIGHT ELEKTRONİKKP-3216F3C
FototransistörEVERLIGHTELPT15-21C
DirençROYAL OHM0805S8J0201T5E
DirençROYAL OHM0805S8F2200T5E
KondansatörKEMETC0805C334K5RACTU
KablosuTECHNOKABELFTP KAT.5E 4X2X0,14C
KonnektörHARTING21348100380005
KonnektörHARTING21348000380005
Dielektrik jelKRAYDENSylgard 535
Analogdan dijitale dönüştürücüTEDIAUDAQ-1416CA
Kinect
ABCSTORE'u tıklayın. CZGT3-00002
Analiz yazılımıGüney Bohemya Üniversitesi, Ceske Budejovice, Balıkçılık ve Suların Korunması Fakültesi, Karmaşık SistemlerYazılımın bağlantısı: www.frov.jcu.cz/crayfishmonitoring
Kullanıcı adı: frov
Şifre: CF2018
video kamera 7338723044 KUPSITO.SK Tutkal Enstitüsü

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Bownik, A., Sokołowska, N., Ślaska, B. Effects of apomorphine, a dopamine agonist, on Daphnia magna: Imaging of swimming track density as a novel tool in the assessment of swimming activity. Science of the Total Environment. 635, 249-258 (2018).
  2. Jeong, T. Y., Yoon, D., Kim, S., Kim, H. Y., Kim, S. D. Mode of action characterization for adverse effect of propranolol in Daphnia magna. based on behavior and physiology monitoring and metabolite profiling. Environmental Pollution. 233, 99-108 (2018).
  3. do Nascimento, M. T. L., et al. Determination of water quality, toxicity and estrogenic activity in a nearshore marine environment in Rio de Janeiro, Southeastern Brazil. Ecotoxicology and Environmental Safety. 149, 197-202 (2018).
  4. Xiao, G., et al. Water quality monitoring using abnormal tail-beat frequency of crucian carp. Ecotoxicology and Environmental Safety. 111, 185-191 (2015).
  5. Aagaard, A., Andersen, B. B., Depledge, M. H. Simultaneous monitoring of physiological and behavioral activity in marine organisms using non-invasive, computer aided techniques. Marine Ecology Progress Series. 73 (2), 277-282 (1991).
  6. Bloxham, M. J., Worsfold, P. J., Depledge, M. H. Integrated biological and chemical monitoring: in situ. physiological responses of freshwater crayfish to fluctuations in environmental ammonia concentrations. Ecotoxicology. 8 (3), 225-237 (1999).
  7. Depledge, M. H., Andersen, B. B. A computer-aided physiological monitoring system for continuous, long-term recording of cardiac activity in selected invertebrates. Comparative Biochemistry and Physiology. A, Comparative Physiology. 96 (4), 473-477 (1990).
  8. Depledge, M. H., Galloway, T. S. Healthy animals, healthy ecosystems. Frontiers in Ecology and the Environment. 3 (5), 251-258 (2005).
  9. Holdich, D. M., Reynolds, J. D., Souty-Grosset, C., Sibley, P. J. A review of the ever increasing threat to European crayfish from non-indigenous crayfish species. Knowledge and Management of Aquatic Ecosystems. 11, 394-395 (2009).
  10. Vogt, G. Functional anatomy. Biology of freshwater crayfish. Holdich, D. M. , Blackwell Science. Oxford, UK. 53-151 (2002).
  11. Bierbower, S. M., Cooper, R. L. Measures of heart and ventilatory rates in freely moving crayfish. Journal of Visualized Experiments. (32), e1594(2009).
  12. Li, H., Listerman, L. R., Doshi, D., Cooper, R. L. Heart rate in blind cave crayfish during environmental disturbances and social interactions. Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology. 127 (1), 55-70 (2000).
  13. Listerman, L. R., Deskins, J., Bradacs, H., Cooper, R. L. Heart rate within male crayfish: social interactions and effects of 5-HT. Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology. 125 (2), 251-263 (2000).
  14. Burnett, N. P., et al. An improved noninvasive method for measuring heartbeat of intertidal animals. Limnology and Oceanography: Methods. 11 (2), 91-100 (2013).
  15. Fedotov, V. P., Kholodkevich, S. V., Strochilo, A. G. Study of contractile activity of the crayfish heart with the aid of a new non-invasive technique. Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology. 36 (3), 288-293 (2000).
  16. Kholodkevich, S. V., Ivanov, A. V., Kurakin, A. S., Kornienko, E. L., Fedotov, V. P. Real time biomonitoring of surface water toxicity level at water supply stations. Environmental Bioindicators. 3 (1), 23-34 (2008).
  17. Kuznetsova, T. V., Sladkova, S. V., Kholodkevich, S. V. Evaluation of functional state of crayfish Pontastacus leptodactylus in normal and toxic environment by characteristics of their cardiac activity and hemolymph biochemical parameters. Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology. 46 (3), 241-250 (2010).
  18. Sladkova, S. V., Kholodkevich, S. V. Total protein in hemolymph of crawfish Pontastacus leptodactylus as a parameter of the functional state of animals and a biomarker of quality of habitat. Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology. 47 (2), 160-167 (2011).
  19. Pautsina, A., Kuklina, I., Štys, D., Císař, P., Kozák, P. Noninvasive crayfish cardiac activity monitoring system. Limnology and Oceanography: Methods. 12 (10), 670-679 (2014).
  20. Císař, P., Saberioon, M., Kozák, P., Pautsina, A. Fully contactless system for crayfish heartbeat monitoring: Undisturbed crayfish as bio-indicator. Sensors and Actuators B: Chemical. 255, 29-34 (2018).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Kerevit Kardiyak AktivitesiNoninvaziv zlemeSu Kalitesi De erlendirmesiDavran sal Aktivite TakibiYak n K z l tesi Sens rG r nt leme AnaliziKalp At m H z l mHareket Tespit Sistemievresel Biyomonit rlemeKabuklu Deniz Canl s Fizyolojisi

İlgili makaleler