Kerevit kardiyak ve davranışsal faaliyetlerinin sürekli noninvaziv ölçme
Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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.
Protocol
Representative Results
Discussion
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 atış…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
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).
