מדידה רציפה לא פולשנית של פעילויות לב והתנהגותיים סרטני
Summary
מאמר זה מציג מערכת של אפידמיולוגיה סביבתית לא פולשנית הקלטה רציפה וניתוחים של סרטני הלב ופעילות גינקולוגיות. מערכת זו כוללת חיישן אופטי אינפרא אדום, מודול מעקב וידאו וכן תוכנה להערכת סרטני פעימות זה משקף את מצבו פיזיולוגיים, מאפיינת התנהגות סרטני במהלך פעימת לב תנודות.
Abstract
כצבתותיו הוא יצור הימית מרכזי המשמש כמודל ביולוגי מעשית עבור מחקרים פיזיולוגיים ורגשיים של חסרי חוליות והן כסמן ביולוגי שימושי על איכות המים. אף-על-פי סרטני לא יכול לציין ישירות חומרים הגורמים להידרדרות באיכות המים, הם יכול מיד (תוך כמה שניות) להזהיר בני אדם התדרדרות באיכות המים באמצעות שינויים חריפה לפעילות הלב והתנהגותיים.
במחקר זה, אנו מציגים שיטה לא פולשנית, כי הוא פשוט מספיק כדי להיות מיושמת בתנאים שונים עקב שילוב של פשטות ואמינות במודל אחד.
גישה זו, שבו מיושמים על אורגניזמים ביולוגיים לתוך תהליכי הערכת הסביבה, מספק אזעקת אמין ובזמן התראה על ולמניעת התדרדרות חריפה מים סביבה אמביינט. לכן, המערכת לא פולשנית המבוססת על סרטני פיזיולוגיים, הפרמטר ethological הקלטות נחקר איתור שינויים בסביבה הימית. מערכת זו תוחל עכשיו-שיכר מקומי לפיקוח על איכות המים המשמשים לייצור משקאות, אך ניתן להשתמש בכל טיפול במים, אספקת מתקן לבקרת איכות מים רציפה, בזמן אמת, מעבדה רגיל חקירות של פיזיולוגיה של הלב סרטני והתנהגות.
Introduction
הנושא של היישומים של אורגניזמים ימיים, כמו דגם אורגניזמים שונים מעבדה חקירות1,2 והן כלי לניטור מים טבעי/סביבתיים ותעשייתיים איכות3,4 , מופיע להילמד היטב. עם זאת, נושא זה הוא עדיין עניין ראוי לציון על בני אדם, ללא קשר אם הם שייכים לקהילה המדעית או מקצועות אחרים. למרות קיומו של מספר שיטות מתקדמות לניטור מסוימים פרמטרים (מה שנקרא “סמנים ביולוגיים”)5,6,7,8, הדרישות החשובות ביותר עבור בחירה מחוון מורכב משלושה גורמים פשוטה: הפשטות (i), (ii) אמינות וזמינות כללי (iii).
סרטני, בתור נציג חיוני של צומח מים מתוקים, מבדיל עצמו כי הוא נמצא ברחבי העולם, היא נפוצה,, ברוב המקרים9, כולל של השריון קשה וגדולים מספיק מתאים מניפולציה. מה שייך לקבוצה של חסרי חוליות גבוהה לספק מספיק ופיתוח של מערכות פיזיולוגיות חיוניות האיברים המתאימים, במקביל, שמירה על הארגון פשוט יחסית10.
שיטות בהתבסס על ההערכה של מגוון פרמטרים ביולוגי ו/או התנהגותיות של crayfishes, כמתואר בספרות המדעית, תרמו משמעותית להתפתחות של לימודי אפידמיולוגיה סביבתית, סרטני באופן כללי. רוב השיטות פולשני זמין כעת עבור מדידת קצב הלב סרטני מבוססים על הקלטות רל המחייבים של הליך כירורגי מורכב ומדויק11,12,13; מניפולציות כאלה יכולה לגרום ללחץ משמעותי על ועשויה הסתגלות ממושכת על ידי סרטני. כמו כן, לא ידוע כמה זמן סרטני יכול לשאת אלקטרודות כאלה והאם זה בהצלחה הנשירה כשהוא נושא כזה מצורף. השיטות לא פולשנית שתואר מבוססים על הקלטות plethysmographic, אשר הינם מסובכים על ידי חומרה מורכבות ודורשים מעגל מיזוג סינון אות14 , הגברה או רכיבים אופטיים מדויקים ויקרים15 ,16.
במחקר זה, אנחנו תיאר גישה זו תורמת תוצאות הקיים ומציע חלופות חדשות לשיפור הנוכחי הליכים מדידה של קצב הלב סרטני. בין היתרונות, ישנם (i) קובץ מצורף מהירה, לא פולשנית שאינה דורשת הסתגלות ממושכת פיזיולוגיים; (ii) יכולת של crayfishes לשאת את החיישן בתוך תקופה של מספר חודשים החל משיר כדי משיר; (iii) את התוכנה מסוגלת ניטור בזמן אמת דום לב, פעילויות התנהגותיות, הערכת והנתונים שהתקבלו במקביל סרטני מרובים; (iv) מחיר ייצור נמוכה ופשטות. מערכת אפידמיולוגיה סביבתית נתאר מאפשרת את לא פולשנית רציפה ניטור של סרטני הלב ואת גינקולוגיות פעילויות בהתבסס על שינויים במאפיינים etho-פיזיולוגיים של crayfishes. מערכת זו ניתן ליישם בקלות בדיקות מעבדה סרטני פיזיולוגיה של הלב ו/או אתולוגיה, בנוסף ביישומים תעשייתיים לפיקוח על איכות המים במתקני טיפול ואספקת מים.
Protocol
Representative Results
Discussion
נרחב הוצע כי מדידת פרמטרים פיזיולוגיים מסוימים (כגון הלב או קצב האוורור או שניהם) היא שיטה אמינה יותר עבור הקלטה סרטני התגובות מאשר ההערכה של תגובות התנהגותיות אינן מתרחשות תמיד מיד11. עם זאת, זה ברור כי הגישה היעילה ביותר להערכת תגובות סרטני אמיתי לשינויים סביבתיים היא השילוב…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי משרד החינוך, נוער וספורט של מס “CENAKVA” צ’כיה-פרויקטים CZ.1.05/2.1.00/01.0024, מס ‘CENAKVA השני ‘ LO1205 תחת הקיימות הלאומית תכנית, על ידי הסוכנות מענק של האוניברסיטה של בוהמיה הדרומית ב České בודיוביצה (012/2016/Z), ועל ידי הסוכנות מענק של צ’כיה (מס. 16-06498S)
Materials
| IR LED diode | KINGBRIGHT ELECTRONIC | KP-3216F3C | |
| Phototransistor | EVERLIGHT | ELPT15-21C | |
| Resistor | ROYAL OHM | 0805S8J0201T5E | |
| Resistor | ROYAL OHM | 0805S8F2200T5E | |
| Capacitor | KEMET | C0805C334K5RACTU | |
| Cable | TECHNOKABEL | FTP KAT.5E 4X2X0,14C | |
| Connector | HARTING | 21348100380005 | |
| Connector | HARTING | 21348000380005 | |
| Dielectric gel | KRAYDEN | Sylgard 535 | |
| Analogue-to-digital convertor | TEDIA | UDAQ-1416CA | |
| Glue | KUPSITO.SK | 7338723044 | |
| Kinect video camera | ABCSTORE.CZ | GT3-00002 | |
| Analysis software | University of South Bohemia in Ceske Budejovice, Faculty of Fisheries and Protection of Waters, Institute of Complex Systems | Link to the software: www.frov.jcu.cz/crayfishmonitoring User name: frov Password: CF2018 |
References
- 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).
- 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).
- 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).
- Xiao, G., et al. Water quality monitoring using abnormal tail-beat frequency of crucian carp. Ecotoxicology and Environmental Safety. 111, 185-191 (2015).
- 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).
- 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).
- 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).
- Depledge, M. H., Galloway, T. S. Healthy animals, healthy ecosystems. Frontiers in Ecology and the Environment. 3 (5), 251-258 (2005).
- 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).
- Vogt, G., Holdich, D. M. Functional anatomy. Biology of freshwater crayfish. , 53-151 (2002).
- Bierbower, S. M., Cooper, R. L. Measures of heart and ventilatory rates in freely moving crayfish. Journal of Visualized Experiments. (32), e1594 (2009).
- 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).
- 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).
- Burnett, N. P., et al. An improved noninvasive method for measuring heartbeat of intertidal animals. Limnology and Oceanography: Methods. 11 (2), 91-100 (2013).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
