Evaluación de rendimiento en la natación de los peces

Resumen

La vida de la mayoría de los peces se basan en la natación. Este protocolo describe las técnicas para la captura de una amplia gama de modos disponibles nadar a los peces y la educación, e incluye indicadores relacionados con la fisiología y el comportamiento de la natación.

Resumen

Nadar pruebas de rendimiento de los peces han sido parte integral de los estudios de la energética muscular, mecánica de la natación, el intercambio de gases, la fisiología cardiaca, las enfermedades, la contaminación, la hipoxia y la temperatura. Este documento describe un protocolo flexible para evaluar el desempeño de los peces nadar utilizando un equipo en el que se puede controlar la velocidad del agua. El protocolo consiste en una o varias subidas de un paso en la velocidad de flujo que tienen la intención de causar los peces a la fatiga. Velocidades de paso y su duración se puede configurar para capturar habilidades de nado de diferente relevancia fisiológica y ecológica. Con mayor frecuencia el tamaño de paso se establece para determinar la velocidad de nado crítico _(crit U), que tiene por objeto la captura de la capacidad máxima de natación sostenida. Tradicionalmente, esta prueba ha consistido en unos diez pasos de duración cada 20 minutos. Sin embargo, los pasos de corta duración (por ejemplo 1 minuto) son cada vez más utilizada para la captura de la capacidad de aceleración o rendimiento en la natación de estallar. Independientemente del tamaño de paso, las pruebas de natación se puede repetir en el tiempo para medir la variación individual y la capacidad de recuperación. Criterios de valoración relacionados a la natación como las medidas de la tasa metabólica, el uso de aletas, la tasa de ventilación, y de comportamiento, tales como la distancia entre los bancos de peces, se incluyen a menudo antes, durante y después de las pruebas de natación. Dada la diversidad de especies de peces, el número de preguntas de investigación inexplorada, y la importancia de muchas especies a la ecología global y la salud de la economía, los estudios de desarrollo de los peces nadando seguirá siendo popular y muy valiosa para el futuro previsible.

Protocolo

1. Captura y aclimatación

1. Con una red sin nudo, recoger los peces de sus respectivas tanque de almacenamiento. Minimizar el tiempo de captura, evitar la recogida de peces de varias y no las bodegas de pescado durante más de unos segundos en la red ya que estos factores pueden aumentar el estrés. El estrés puede afectar el rendimiento en natación.
2. Coloque el pescado, ya sea en un tanque de transferencia con la anestesia o directamente en el respirómetro túnel de natación ("túnel de nadar"). Si los peces se anestesiaron, ya sea tricaína metanosulfonato (MS222) o el aceite de clavo se puede utilizar. Concentraciones aceptables dependerá de muchos factores, incluyendo sensibilidad de la especie y la temperatura, pero suelen oscilar entre 10-100 mg / L, ya sea para ^1,2 anestesia. La concentración del anestésico debe inducir a la etapa 3 anestesia (es decir, que no responde a los estímulos externos), y permitir una rápida recuperación (es decir, segundos). Cuando se utiliza MS222 en agua dulce, bicarbonato de sodio debe ser utilizado en partes iguales (en masa) como un amortiguador. Sin buffer, MS222 reducirá en gran medida del pH, y un pH bajo puede dañar las agallas. Búfer no es necesario en agua de mar, ya que contiene suficiente capacidad de amortiguación.
3. Peces anestesiados puede determinar el sexo, medida de la masa y la longitud, y teniendo en cuenta un examen superficial externa de su condición. Longitud puede ser tomado como longitud total (LT), longitud de tenedor (FL), o la longitud del cuerpo (BL). Estas mediciones se suelen aplicar diferentes según la práctica habitual, la morfología de las especies (por ejemplo, no tiene aleta bífida) o condición de los peces (por ejemplo, la aleta caudal desgastado).
4. Tanto los peces anestesiados y no anestesiados, deben introducirse en el túnel de nadar lo más rápido posible y en un chorro de agua ya que esto facilitará la recuperación. El caudal se suele configurar de tal manera que los peces se podrá descansar en la parte inferior, mientras que apenas la natación. Una tasa de ejemplo para adultos salmón rojo es de 0,3 BL / s.
5. Los peces necesitan quedarse en el túnel de nadar para aclimatarse. Período de aclimatación se puede configurar para los períodos tradicionales (por ejemplo, 12 horas), o para los que se utilizan en los estudios más recientes que pueden ser tan cortos como 30 minutos. Para determinar un período de aclimatación ideal para un pez, el tiempo necesario para llegar a un establo, lo ideal es baja, la tasa metabólica se puede utilizar (sección siguiente detalle).

2. La medición de las tasas metabólicas

1. Cambios en el oxígeno dentro del túnel de natación deben ser registrados durante la duración de la prueba de natación (s). Sondas de oxígeno se puede sellar directamente en el túnel de natación, sin embargo, primero se debe determinar si el flujo de agua en la sonda afecta a la función de la sonda. Si la sonda se ve afectada por la velocidad del agua que pueden ocurrir durante la prueba, la sonda tendrá que ser colocado en su propia cámara, fuera del túnel y se suministra con el agua del túnel por una bomba.
2. Para reponer el oxígeno y mitigar la acumulación de residuos, el túnel de nadar probable que tenga que ser eliminados periódicamente. La saturación de oxígeno no se debe permitir a caer por debajo de 70% para la mayoría de las especies como el rendimiento en natación puede ser reducido o puede haber un cambio de metabolismo anaeróbico. Dejar correr el agua del túnel también puede ayudar a reducir los aumentos en la temperatura del agua, sin embargo, la temperatura del agua debe mantenerse constante mediante el acoplamiento del túnel nadar hasta un refrigerador. Los cambios en la temperatura afectará la tasa metabólica.
3. Las tasas metabólicas de rutina y el máximo, que se abrevia "RMR" y "MMR", son típicamente determinados (Figura 1). Estas tarifas pueden ser expresados ​​en volumen (V o ₂₎ o la masa (M o ₂₎ de oxígeno por unidad de masa, por unidad de tiempo, por ejemplo, mg O ₂ / kg / hr. La diferencia entre las dos tasas se pueden tomar para obtener el "alcance de la actividad". El siguiente ejercicio la deuda de oxígeno ", se refiere como" un exceso de consumo de oxígeno post-ejercicio (EPOC), también puede ser determinada y es igual a la de oxígeno necesario durante el regreso después del ejercicio de RMR.

1. Nota: muchas sondas de oxígeno y su salida le ofrece automáticamente la temperatura corregida por los cambios en el oxígeno disuelto. Aquellos que no tendrá que ser corregido. Además, algunos valores que deben ser corregidos si las mediciones se realizaron en condiciones salinas.

Rendimiento en la natación de medición

Una variedad de capacidades de rendimiento de la natación puede ser evaluado en un túnel de nadar. La manera más común para caracterizar el rendimiento de natación es el tiempo durante el cual se puede mantener ^3. Cuanto más lenta sea la velocidad, ya que se puede mantener, y viceversa. Las velocidades son generalmente conocido como "ráfaga", "prolongada" o "sostenido", que corresponden a la duración de segundos, minutos u horas (máx = 200 min), y horas y más allá (> 200 min), respectivamente. Para determinar estas velocidades, los peces son objeto de usuario definido "pasos", que consiste en 'height' set, el agua es decir, aumentar la velocidad de flujo, y "longitud", es decir, duración paso. La maximización de la altura y la longitud de paso minimizando paso de captura de la mayor velocidad de ráfaga, mientras que hacer lo contrario, se captura la mayor velocidad sostenida. En el pasopruebas, la forma tradicional de informar de la velocidad máxima alcanzada es igual a la velocidad de la última etapa completado más la porción temporal de la etapa final, sin terminar (Figura 1).

Natación estallido de evaluación del desempeño

1. Para capturar la natación explosión o la capacidad de sprint, después de la aclimatación, llevar la velocidad del flujo a un número máximo estimado (por ejemplo, dos veces _crítico U, véase más adelante), y motivar a los peces nadar. El pescado debe estar descansando en la parte trasera de la cámara como la velocidad del flujo aumenta rápidamente. Los peces pueden necesitan ser motivados para nadar. La motivación puede ser mecánico (tacto, por ejemplo) o eléctricos (por ejemplo, una pequeña carga aplicada a una red de choque en la parte posterior del túnel de natación).
   
   Aunque no es específicamente una prueba de la capacidad de explosión, el pescado también se puede dar una "prueba de aceleración constante (CAT o _ΔV U) que consta de varias etapas de corta duración (por ejemplo 1 minuto) ^4,5.
2. Registrar la duración de la natación. El número de explosión individual y la distancia también se puede grabar ^6. La velocidad puede ser dada como el máximo alcanzado o calculado de acuerdo con la ecuación de la Figura 1.
   
   La natación de larga duración y la evaluación del desempeño
   
   La medida más frecuente utilizada para estimar la capacidad de natación prolongada o sostenida se conoce como "el rendimiento en natación crítico" _(crit U). Longitud de paso para _crit U tradicionalmente ha sido fijado en 20 minutos, aunque más cortos como 10 minutos también se han utilizado. Una regla general es que al menos diez se deben tomar medidas antes de la fatiga, que puede resultar en pruebas largas, por ejemplo,> 3 horas / pescado. Para acortar la prueba U _crítico, los primeros siete pasos puede ser abreviado a 5 minutos (la prueba se denomina "rampa-U _crítico ').

1. Después de la aclimatación y / o un entrenamiento de natación, aumentar la velocidad de flujo de acuerdo con el tamaño de paso.
2. Para ajustar la altura del escalón adecuada para _crit U, es probable que sea necesario estimar _crítico U para una muestra de los peces para ser probado. Esto se puede lograr mediante el uso de valores de la literatura. Alternativamente, el pescado se puede dar un "entrenamiento de natación" después de la introducción del túnel. Para ello, dar peces a corto, definido por el usuario los pasos, hasta la fatiga. Use la velocidad final alcanzada en una primera estimación de U _crítico. Escalón de ajuste (altura y longitud) para cada pez.
3. Para poner a prueba la capacidad de recuperación o para determinar las variaciones individuales en el rendimiento, el pescado se puede dar una prueba de natación segundos después de un período de recuperación de ^7-9.
4. Los peces también se pueden probar en las escuelas, a pesar de los peces tienden a la fatiga en diferentes momentos durante las pruebas que pueden ser problemáticas para dejarlas fuera del túnel y eliminar la capacidad de medir el consumo de oxígeno.
5. Una vez cansado, el pescado se debe permitir recuperar o eliminar de inmediato para tomar muestras de tejido.
   
   Varias métricas de rendimiento relacionados con la natación puede ser recogida durante las pruebas o después de usar el análisis de video (Figura 1 C, D).
6. Para medir la tasa de ventilación y la frecuencia de batido de cola, la tasa de bombeo opercular y el número de latidos cola deben tomar muestras durante períodos de varios segundos (fig. 1B) ^10,11.
7. Para medir la amplitud de la cola ritmo, la deflexión máxima de la aleta caudal se puede medir (Figura 1 B) ^12.
8. Después de las pruebas, los peces pueden ser sacrificados, teniendo en cuenta un examen post-mortem y tejidos recogidos para determinar el hematocrito (volumen de glóbulos rojos), las concentraciones de la hormona del estrés, las reservas musculares de energía (por ejemplo, fosfocreatina, glucógeno), las actividades de la enzima (por ejemplo, lactato deshidrogenasa, la acetilcolinesterasa ), o de otros parámetros fisiológicos.

3. Resultados representante

Figura 1. A) Un ejemplo de rampa de la prueba U _crítico dado que una de salmónidos juveniles, un criadero criado trucha arco iris (Oncorhynchus mykiss), g 6,3 cm de longitud corporal (BL) y el 3,5 de la masa. La prueba se llevó a cabo en una L 12 modificado Brett tipo respirómetro (Loligo Systems, de Dinamarca; www.loligosystems.com ). Las tasas metabólicas de rutina y el máximo se calcula como la pendiente (mg / hr) x volumen (L) / peces de masa (kg), y fueron 198 y 961 mg O ₂ / kg / h, respectivamente (el alcance de la actividad = 4,84). Estas tarifas están en consonancia con los reportados por Brett para juveniles de salmón rojo (O. nerka) ^13. Nota: para el cálculo de consumo de oxígeno, el volumen de agua es igual al volumen del respirómetro menor volumen de pescado. La cruz indica el punto donde el pescado se negó a nadar más _crítico y donde U se calculó. B) los valores de frecuencia de batido de cola se registraron más de 10 s en seis ocasiones, la cola valores de amplitud golpe se registraron tres veces, valores que se muestranson la media ± SEM. C) Una vista lateral ampliada y D) vista superior de los peces nadando dentro de la cámara de natación. D) muestra la de peces supervisadas por EthoVision software (Noldus, Países Bajos; www.noldus.com ). Abreviaturas: _crit U = velocidad de nado crítico; U _f = velocidad de la última etapa terminada, U _s = velocidad de paso, t _f = tiempo empleado en el último paso, t = _s paso de tiempo.

Discusión

En un entorno natural, comportamientos tales como escapar de depredadores y la migración depende de ser capaz de nadar a intensidades específicas a diferentes tiempos. En un entorno de laboratorio, nadar respirómetros túnel y el aumento en la velocidad de paso se pueden utilizar para estimar la capacidad de los peces para realizar numerosas conductas. Medidas de la tasa metabólica y otras evaluaciones de nivel de los tejidos (por ejemplo, la producción de lactato) se puede incluir con las pruebas de natación para ayudar a determinar los mecanismos fisiológicos que subyacen a los diferentes modos de natación.

Diseño nadar túnel puede influir enormemente en el rendimiento en natación. Hay varios tipos de túneles de natación para determinar el rendimiento en natación, la mayoría se caracterizan como Brett ¹³ - o ^14-Blazka tipos. Ya sea para el diseño, las consideraciones principales son el "uniformidad" del flujo de agua (la forma rectilínea es), la velocidad de flujo máximo y la longitud de la cámara de natación. La uniformidad es importante porque los peces se encuentran instintivamente y nadar en zonas de bajo flujo para reducir al mínimo esfuerzo. Alta tasa de flujo potencial puede ser necesario para poner a prueba la capacidad de explosión nadar o especies de rápido natación (atunes, por ejemplo). Nadar Longitud de la cámara puede ser muy significativa como en las cámaras de pequeña longitud, talla de los peces es decir,> 10% de la longitud de la cámara, el pescado puede ser incapaz de utilizar todos los modos de natación. En concreto, pequeños tubos pueden restringir la capacidad de los peces para la transición de una constante inestabilidad de la puerta de natación, es decir, a la natación explosión y la costa. Por lo tanto, el pescado puede dejar de nadar aproximadamente a la misma velocidad, independientemente de la longitud del paso y _crítico U puede ser análoga a "acelerar la transición de la puerta" ^15.

Todos los túneles de natación necesita ser calibrado usando aparatos tales como sondas de flujo o velocimetría de partículas por imágenes (PIV) equipos. Lo ideal es nadar túneles tendrá un flujo rectilíneo, pero si los peces se encuentran a favor de un área, su velocidad de nado puede ser ajustado en base a las diferencias locales en el flujo.

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
tricaine methanesulfonate (MS222)	Argent Labs		Optional
Clove oil	Sigma-Aldrich		Optional
Swim tunnel respirometer	Loligo Systems		Required
High speed cameras	Multiple Suppliers		optional
Video capture card	Multiple Suppliers		optional
Behaviour analysis software	Noldus		optional