La medición no invasiva continua de cigalas cardiaca y comportamiento
Summary
Este artículo presenta un sistema de control biológico no invasor para el registro continuo y análisis de las actividades cardíaca y locomotor cangrejos de río. Este sistema consta de un sensor óptico y de infrarrojo cercano, un módulo de seguimiento de video y software para la evaluación de latidos de cangrejos de río que refleja su condición fisiológica y caracteriza el comportamiento del cangrejo durante las fluctuaciones del ritmo cardíaco.
Abstract
Un cangrejo de río es un organismo acuático fundamental que sirve como un práctico modelo biológico para estudios de comportamiento y fisiológicos de invertebrados y un útil indicador biológico de la calidad del agua. Aunque cigalas directamente no pueden especificar las sustancias que provocan el deterioro de la calidad de agua, puede inmediatamente (dentro de unos pocos segundos) advierten que los seres humanos de deterioro de la calidad del agua a través de cambios agudos en su actividad cardiaca y de comportamiento.
En este estudio, presentamos un método no invasivo que es simple de implementar en diversas condiciones debido a una combinación de simplicidad y fiabilidad en un modelo.
Este enfoque, en el que los organismos biológicos se aplican en los procesos de evaluación ambiental, proporciona una alarma de aviso y prevención de la deterioración aguda de agua en un ambiente confiable y oportuna. Por lo tanto, este sistema no invasivo basado en cigalas fisiológicas y grabaciones de parámetros etológicos fue investigado para la detección de cambios en el medioambiente acuático. Este sistema se aplica en una cervecería local para el control de calidad del agua utilizada para la producción de la bebida, pero puede ser utilizado en cualquier tratamiento de aguas y suministro de instalaciones para la evaluación de la calidad de agua continua, en tiempo real y para laboratorio regular investigaciones de fisiología cardiaca de cangrejos de río y el comportamiento.
Introduction
El tema de las aplicaciones de los organismos acuáticos, como organismos modelo para diversas investigaciones de laboratorio1,2 y como herramientas para el monitoreo de calidad de agua industrial y medio ambiente natural3,4 , parece ser bien estudiado. Sin embargo, este tema es de notable interés para los seres humanos, independientemente de si pertenecen a la comunidad científica o a otras ocupaciones. A pesar de la existencia de un número de métodos avanzados para el control de ciertos parámetros (llamados “biomarcadores”)5,6,7,8, los requisitos más importantes para la selección de un indicador consiste de tres simples factores: (i) la simplicidad, (ii) confiabilidad y disponibilidad (iii) general.
Cangrejo de río, como un representante fundamental de la fauna de agua dulce, se distingue porque se encuentra en todo el mundo, es generalizada y, en la mayoría de los casos9, tiene un caparazón lo suficientemente grande y duro apto para la manipulación. Este crustáceo pertenece al grupo de los invertebrados superiores que proporcionan suficiente desarrollo de los sistemas fisiológicos vitales y órganos respectivos y, al mismo tiempo, mantener una organización relativamente simple10.
Métodos basados en la evaluación de la gama de los parámetros biológicos y comportamiento de langostas, como se describe en la literatura científica, han contribuido significativamente al desarrollo de estudios de biomonitoreo y cangrejos de río en general. La mayoría de los métodos invasivos disponibles actualmente para mediciones de pulso de cangrejos se basa en registros de electrocardiograma que requieren un procedimiento quirúrgico complejo y preciso11,12,13; Estas manipulaciones pueden causar un estrés significativo para y requieran adaptación prolongada por el cangrejo. Además, no se sabe cómo largo un cangrejo de río puede llevar tales electrodos y si con éxito se muda al llevar dichos datos adjuntos. Los métodos no invasivos descritos se basan en grabaciones pletismográfica, que son complicadas por la complejidad del hardware y requieren un circuito de acondicionamiento para el filtrado de la señal14 y una amplificación o componentes ópticos precisos y costosos15 ,16.
En este estudio, describe un enfoque que contribuye a los resultados existentes y ofrece nuevas alternativas para mejorar los actuales procedimientos de medición de pulso de cangrejos de río. Entre las ventajas, se encuentran (i) un accesorio rápido y no invasivo que no requiere una adaptación fisiológica prolongada; (ii) capacidad langostas para llevar el sensor dentro de un período de algunos meses de muda en muda; (iii) el software capaz de monitoreo cardiaco en tiempo real y actividades conductuales y la evaluación de los datos obtenidos simultáneamente de varios cangrejos de río; (iv) una producción baja de precio y simplicidad. El sistema de biomonitoreo que describimos permite no invasivo y continuo monitoreo de cigalas cardiaca y locomotor las actividades basadas en cambios en las características fisiológicas etho de langostas. Este sistema puede aplicarse fácilmente en los exámenes de laboratorio de la fisiología cardiaca cigalas o etología, además de implementaciones industriales para el control de calidad del agua en instalaciones de tratamiento y suministro de agua.
Protocol
Representative Results
Discussion
Se ha sugerido extensamente que la medición de determinados parámetros fisiológicos (como el corazón o tasa de ventilación o ambos) es un método más fiable para registrar reacciones de cangrejos que la evaluación de las respuestas del comportamiento que no siempre se producen inmediatamente11. Sin embargo, es evidente que el enfoque más eficiente para evaluar las reacciones del cangrejo real a los cambios ambientales es la combinación de actividad cardiaca y grabaciones del comportamient…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudio fue apoyado por el Ministerio de educación, juventud y deportes de la República Checa-proyectos “CENAKVA” no. CZ.1.05/2.1.00/01.0024 y no “CENAKVA II”. LO1205 bajo la sostenibilidad nacional, programa de la Agencia de Grant de la Universidad de Bohemia del sur en České Budějovice (012/2016/Z) y la Agencia de donación de la República Checa (no. 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 |
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