Kalp Fonksiyon Çalışmaları Diseksiyon ve Bal Arısı Dorsal Vessel Gözlem
Summary
The abdominal dorsal vessel of the honey bee and other insects serves as the functional equivalent of the mammalian heart and plays an important role in nutrient transport, waste removal, immune function, and more. Here we describe a protocol for the visualization and pharmacological manipulation of bee heart rate.
Abstract
The European honey bee, Apis mellifera L., is a valuable agricultural and commercial resource noted for producing honey and providing crop pollination services, as well as an important model social insect used to study memory and learning, aging, and more. Here we describe a detailed protocol for the dissection of the dorsal abdominal wall of a bee in order to visualize its dorsal vessel, which serves the role of the heart in the insect. A successful dissection will expose a functional heart that, under the proper conditions, can maintain a steady heartbeat for an extended period of time. This allows the investigator to manipulate heart rate through the application of cardiomodulatory compounds to the dorsal vessel. By using either a digital microscope or a microscope equipped with a digital camera, the investigator can make video recordings of the dorsal vessel before and after treatment with test compounds. The videos can then be scored at a time convenient to the user in order to determine changes in heart rate, as well as changes in the pattern of heartbeats, following treatment. The advantages of this protocol are that it is relatively inexpensive to set up, easy to learn, requires little space or equipment, and takes very little time to conduct.
Introduction
Bu metodoloji genel amacı araştırmacı hızlı ve kolay gözlemlemek ve farmakolojik ajan bal arılarının kalp atım hızı üzerindeki etkisini ölçmek için izin vermektir. Arılar, diğer böcekler gibi, hemocoel olarak bilinen vücut boşluğuna boyunca, hemolimf, kan böcek eşdeğer yaymaktadır açık dolaşım sistemi var. Hemolimf dolaşımı besin bağışıklık faktör, atık ürünleri, hem de nörohormonlar ve diğer sinyal molekülleri 1 taşınması için gereklidir. Ödünç böcek dorsal orta hat, hem de bir aksesuar pulsatil organları boyunca uzanır dorsal kabında ile kolaylaştırılır. dorsal damar, iki fonksiyonel bölüme ayrılırdı karın kalp ve göğüs ve baş aorta belirlenir. Göğüs ve kafa doğru kalp pompası hemolimf yayılır kasılmalar, aksesuar pulsatil organları ekstremitelerde hemolimf akışını sağlamak ise.
<pclass = "jove_content"> Böcek kardiyak fonksiyon böceğin boyutu, fizyoloji, ya da yaşam aşamasına bağlı olarak, çeşitli yöntemler kullanılarak görülebilir. Larva veya daha küçük böcekler kalp hızı gözlemlemek için ortak bir yaklaşım intravital görüntüleme 2 kullanımıdır. Bu açık bir şekilde karın duvarından sırt damarı görüntülemek için zor olabilir Bu yöntem, bununla birlikte, yetişkin arı daha az kullanışlıdır. Böcekler dahil olmak üzere, arıların çeşitli kalp hızını kaydetmek için bir yöntem haline, kardiyak darbelerini 3,4 algılamak için böceğin dış kısmına uygulanmıştır termistör kullanan iletişim termografi, kullanılmasıdır. Yetişkin arıların kalp hızı da bir elektrik empedans sinyali 4,5 ölçmek için bir elektrofizyolojik tekniği kullanılarak kaydedilmiştir. Bu teknik, kalp yanında hayvana elektrotların yerleştirilmesi ve kalp atışları 4 kaydetmek için bir empedans dönüştürücü kullanılmasını gerektirir. Benzer şekilde, elektrokardiyogram DETEC için kullanılmaktadırkalp tarafından üretilen ve kardiyak aktivitenin 6 değişiklikleri gözlemek için arının video kaydı ile birlikte elektrik sinyallerini t. Bu yaklaşımların belirgin bir avantajı kalp hızı oldukça konuda fizyolojik yanıtlar dizi kullanılabilirliğini sağlamak için yardımcı olan bir disseke numune, daha, dokunulmamış, canlı bir arı değerlendirilir olmasıdır. Bu yaklaşımların zorlukları konu, kalp hızını değiştirmek, hem de farmakolojik ajanların test ederken uygun bir dağıtım yöntemi belirleme olabilir dış değişkenler ve uyaranlara sınırlamak için ihtiyaç immobilizasyon veya anesthetization için muhasebe sayılabilir.Arı kardiyak aktivite eğitimi için kullanılan bir başka yaklaşım kısmen bir kuvvet yer değiştirme dönüştürücü 7'yi kullanarak dorsal damar kasılmaları daha sonra, kalp maruz ölçmek için böcek incelemek etmektir. Bu protokol, kalp sürekli çalışan serum fizyolojik ve test işbirliği ile yıkanıyormpounds konu 7 uygulaması için bu çözelti içinde çözündürülebilir. Bu yöntem ve bu, daha önce tarif edildiği arasındaki önemli bir fark, ventral sinir kablosu, merkezi sinir sistemi, kalp hızı 5 modüle oynadığı gösterilmiştir ki rol ortadan kaldırılmış olmasıdır. Sonuç, genellikle oldukça düzensiz bazal kalp atışı, çok daha düşük frekansta stabilize ve genlik daha tipik bir canlı böcek 5,7 gözlenen olmasıdır. Ne bu yöntemlerin hepsi ortak noktası ise yapılacak üzere, uzmanlık belirli bir seviyeye ek olarak, son derece özel ve genellikle pahalı ekipman gerektirir olmasıdır. Belki de en büyük dezavantajı, bu yaklaşımların hiçbiri, özellikle bu potansiyel cardiomodulatory bileşiklerin bir kütüphanenin taranması gibi konularda çok sayıda test ihtiva eden deneyler için uygun olmasıdır.
Burada anlatılan yaklaşımın en büyük gücüsadeliği. protokol ayarı az yer kaplar, usta nispeten kolaydır, ve sadece minimal mali giriş gereklidir. yöntem bazı arılar, birkaç cerrahi aletler, izotonik solüsyon biraz daha gerektirir ve bir dijital mikroskop veya dijital kamera ile geleneksel mikroskop ya. Arılar dorsal gemi görselleştirmek için disseke ve dijital video öncesi ve farmakolojik ajanlar ile tedavi sonrası kalp hızını kaydetmek için kullanılır. Video kayıt kalp hızı değişiklikleri gözlemlemek için aslında gerekli değildir, ancak, büyük ölçüde verim artar (yani, belirli bir zaman miktarı işlenebilir konuların sayısı). Araştırmacı seferde videoların çok sayıda kayıt ve daha sonra bir daha uygun bir zamanda bu videoları puanlama verimliliği en üst düzeye çıkarabilirsiniz. Bu yaklaşımın bir diğer avantajı videoları araştırmacı puanlama süreci kesintiye gerektiğini, baştan başlamak ve v için daha kolay hale getirmek için izin olduğunuiewer önyargı azaltmak için tedaviye kör edilmesi.
Protocol
Representative Results
Discussion
The protocol presented here provides a simple and effective approach to testing pharmacological compounds for their effects on honey bee heart rate. As observed in prior experiments that either transect the ventral nerve cord of a living insect5 or dissect out the ventral nerve cord when exposing the dorsal vessel7, the loss of central nervous system regulation results in a stable, low frequency heartbeat. The low frequency of beats allows the investigator to visually assess heart rate without havin…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors thank Drs. Jeffrey Bloomquist and Daniel Swale for their technical comments and suggestions. This project was partially funded by the Department of Entomology and the College of Agriculture and Life Sciences at Virginia Tech.
Materials
| Dino-Lite Edge digital USB microscope | Dino-Lite | AM4815ZT | Any digital microscope or similar setup will suffice |
| Microscope stand | Dino-Lite | RK-10 | Any stand appropriate for the digital microscope |
| Laptop or PC | Necessary for digital microscope | ||
| Microdissection scissors (Vannas, 8cm, Straight, 5mm Blades) | World Precision Instruments | 14003 | Any similar scissors suitable for microdissection will suffice |
| Microdissecting Forceps, 10.2cm, Angled (2 pair) | World Precision Instruments | 504482 | Any similar forceps suitable for microdissection will suffice |
| Ringers solution 1/4 strength tablets | Sigma-Aldrich | 96724-100TAB | |
| Dissecting tray | Any surface suitable for microdissection | ||
| Single channel 10 µl pipette | Any device capable of accurately delivering 10 µl volume | ||
| Pipette tips | |||
| Small beaker or container of water | Used to rinse instruments between subjects | ||
| Hand tally counter | Office Depot | 295033 | Any similar product will suffice |
| Timer | Office Depot | 644219 | Any similar product will suffice |
| Deionized water | Preparation of Ringers solution and rinsing instruments |
References
- Klowden, M. J. Circulatory Systems. Physiological Systems in Insects, 3rd Edition. , 365-413 (2013).
- League, G. P., Onuh, O. C., Hillyer, J. F. Comparative structural and functional analysis of the larval and adult dorsal vessel and its role in hemolymph circulation in the mosquito Anopheles gambiae. J Exp Biol. 218 (Pt 3), 370-380 (2015).
- Wasserthal, L. T. Oscillating Hemolymph Circulation in the Butterfly Papilio-Machaon L Revealed by Contact Thermography and Photocell Measurements. J Comp Physiol. 139 (2), 145-163 (1980).
- Wasserthal, L. T. Interaction of circulation and tracheal ventilation in holometabolous insects. Adv Insect Physiol. 26, 297-351 (1996).
- Schwab, E. R., Chilson, R. A., Eddleman, C. D. Heartbeat Rate Modulation Mediated by the Ventral Nerve Cord in the Honey-Bee, Apis-Mellifera. J Comp Physiol B-Biochem Syst Environ Physiol. 161 (6), 602-610 (1991).
- Kaiser, W., Weber, T., Otto, D., Miroschnikow, A. Oxygen supply of the heart and electrocardiogram potentials with reversed polarity in sleeping and resting honey bees. Apidologie. 45 (1), 73-87 (2014).
- Papaefthimiou, C., Theophilidis, G. Octopamine–a single modulator with double action on the heart of two insect species (Apis mellifera macedonica and Bactrocera oleae): Acceleration vs. inhibition. J Insect Physiol. 57 (2), 316-325 (2011).
- Castro, C. A., Hogan, J. B., Benson, K. A., Shehata, C. W., Landauer, M. R. Behavioral-Effects of Vehicles – Dmso, Ethanol, Tween-20, Tween-80, and Emulphor-620. Pharmacol Biochem Behav. 50 (4), 521-526 (1995).
- Papaefthimiou, C., Papachristoforou, A., Theophilidis, G. Biphasic responses of the honeybee heart to nanomolar concentrations of amitraz. Pestic Biochem Phys. 107 (1), 132-137 (2013).
- Roeder, T. Octopamine in invertebrates. Prog Neurobiol. 59 (5), 533-561 (1999).
- Johnson, E., Ringo, J., Dowse, H. Modulation of Drosophila heartbeat by neurotransmitters. J Comp Physiol B. 167 (2), 89-97 (1997).
