Непрерывного неинвазивного измерения деятельности сердца и поведенческих раков
Summary
Эта статья представляет собой систему неинвазивной биомониторинга для непрерывной записи и анализа деятельности сердца и опорно-раки. Эта система состоит из ближнего инфракрасного оптического датчика, видео слежения модуль и программного обеспечения для оценки раков сердцебиения, которое отражает его физиологическое состояние и характеризует раков поведение во время колебания пульса.
Abstract
Раков – стержневые водной организм, который служит как практический биологической модели для поведенческие и физиологические исследования беспозвоночных и полезным биологический индикатор качества воды. Даже несмотря на то, что Раки нельзя задать напрямую вещества, которые вызывают ухудшение качества воды, они могут немедленно (в течение нескольких секунд) предупреждают людей ухудшения качества воды через острые изменения в их сердца и поведенческих деятельности.
В этом исследовании мы представляем неинвазивный метод, который достаточно прост быть выполнены в различных условиях объясняется сочетанием простоты и надежности в одной модели.
Этот подход, в котором биологические организмы, интегрированы в процессы экологической оценки, обеспечивает надежную и своевременную сигнализации для предупреждения и предотвращения ухудшения острый воды в окружающей среде. Таким образом это неинвазивный система, основанная на раков физиологические и этологическая параметр записи было проведено расследование для выявления изменений в водной среде. Теперь эта система применяется в местной пивоварне для контроля качества воды, используемой для производства напитков, но он может использоваться в любой обработки воды и снабжения объект для оценки качества воды непрерывного, в реальном времени и для регулярных лабораторных исследования рака сердца физиологии и поведения.
Introduction
Тема приложения водных организмов, как модель организмов для различных лабораторных исследований1,2 , так и инструменты для мониторинга промышленных и природные и экологические воды качества3,4 , как представляется, быть хорошо изучены. Тем не менее эта тема все еще отметить интерес для людей, независимо от того, принадлежат ли они к научному сообществу или других профессий. Несмотря на существование целого ряда передовых методов для мониторинга определенных параметров (так называемые «биомаркеров»)5,6,7,8, наиболее важных требований для выбора индикатор состоит из трех простых факторов: (i) простота, надежность (ii) и (iii) общей доступности.
Раки, как основных представитель пресноводной фауны, отличает себя потому, что он встречается во всем мире, широко распространена и, в большинстве случаев9, имеет достаточно большие и жесткие панцирь, подходит для манипуляции. Этот ракообразных принадлежит к группе выше беспозвоночных, которые обеспечивают достаточное развитие жизненно важных физиологических систем и соответствующих органов, в то же время, поддержание сравнительно простой организации10.
Методы на основе оценки ряда раки биологических и поведенческих параметров, как описано в научной литературе, значительно способствовали развитию исследований биомониторинга и раков в целом. Большинство имеющихся в настоящее время инвазивных методов для измерения пульса раков основаны на записи ЭКГ, которые требуют сложных и точных хирургическая процедура11,12,13; такие манипуляции могут вызвать значительный стресс и может требовать длительной адаптации, раков. Кроме того, не известно, как долго раков может нести такие электродов и ли он будет успешно линяют при проведении такого вложения. Описанные неинвазивные методы основаны на plethysmographic записи, которые осложняются сложности оборудования и требуют цепи принадлежности для фильтрации сигнала14 и усиления или точные и дорогих оптические компоненты15 ,16.
В этом исследовании мы описали подход, который способствует существующие результаты и предлагает новые альтернативы для совершенствования нынешних процедур измерения ЧСС раков. Среди преимуществ являются (i) быстрый и неинвазивной вложения, которое не требует длительной Физиологическая адаптация; (ii) раки возможность нести датчика в течение нескольких месяцев от линьки для линьки; (iii программное обеспечение, способных осуществлять мониторинг в реальном времени сердечной и поведенческих деятельности и оценки данных, полученных одновременно от нескольких раков; (iv низкий производства цена и простота. Системы биомониторинга, что мы описываем позволяет неинвазивной и непрерывный мониторинг деятельности раков сердца и опорно-двигательного аппарата на основе изменений в раки etho физиологические характеристики. Эта система может легко применяться в лабораторных экзаменов раков сердца физиологии и этологии, помимо промышленной реализации для контроля качества воды на лечение и снабжения водой.
Protocol
Representative Results
Discussion
Широко предлагает что измерение некоторых физиологических параметров (например, сердце или интенсивность вентиляции или оба) это более надежный метод для записи раков реакциях чем оценки поведенческих реакций, которые происходят не всегда сразу же11. Однако очевидно, что ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было поддержано Министерством образования, молодежи и спорта Чешской Республики-проектов «CENAKVA» № CZ.1.05/2.1.00/01.0024 и «CENAKVA II” № LO1205 под устойчивости национальной программы я, Грант агентством Южно-чешского университета в České-Будеёвице (012/2016/Z) и агентство по субсидированию Чешской Республики (№ 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).
