Name: impedance pneumography for minimally invasive measurement of heart rate in late stage invertebrates
Uploaded: 2020-04-04T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Impedance Pneumography for Minimally Invasive Measurement of Heart Rate in Late Stage Invertebrates at JoVE.com

Forfatterne takker Paul Rawson for laboratoriebistand og National Science Foundation tildeling IIA-1355457 til Maine EPSCoR ved University of Maine for midler til at købe udstyr. Dette projekt blev støttet af USDA National Institute of Food and Agriculture, Hatch projektnummer MEO-21811 gennem Maine Agricultural and Forest Experiment Station, samt NOAA National Marine Fisheries Service Saltonstall Kennedy Grant #18GAR039-136. Forfatterne takker også tre anonyme anmeldere for deres kommentarer til en tidligere version af dette manuskript. Maine Landbrugs- og Skovforsøgsstation Offentliggørelse nummer 3733.

1. Opsætning af udstyr
<ol><li>Wrap klar, formbar slange omkring sig selv for at skabe en varme-udveksling spole, der er ca 8-10 cm i diameter og har udvidelser 40-70 cm lang. Fastgør spolen ved hjælp af elektrisk tape.</li>
	<li>Fastgør varmevekslende spole til den eksterne forsyning og returbeslag af et køle-/varmecirkulerende vandbad. Sørg for, at forbindelsen er sikker ved hjælp af slangeklemmer.</li>
	<li>Fyld brønden af køle-/varmecirkulerende vandbad med omvendt osmose (RO) vand og sæt ledningen i en s...

<ol>
	<li>Stocker, T. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Climate Change 2013: The Physical Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. , (2013).</li><li>Pershing, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Slow+adaptation+in+the+face+of+rapid+warming+leads+to+collapse+of+the+Gulf+of+Maine+cod+fishery.">Slow adaptation in the face of rapid warming leads to collapse of the Gulf of Maine cod fishery.</a> Science. 350 (6262), 809-812 (2015).</li><li>Smale, D. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Marine+heat+waves+threaten+global+biodiversity+and+the+provision+of+ecosystem+services.">Marine heat waves threaten global biodiversity and the provision of ecosystem services.</a> Nature Climate Change. 9 (4), 306-316 (2019).</li><li>P&#246;rtner, H. O., Farrell, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physiology+and+climate+change.">Physiology and climate change.</a> Science. 322 (5902), 690-692 (2008).</li><li>P&#246;rtner, H. O., Bock, C., Mark, F. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen-+and+capacity-limited+thermal+tolerance:+bridging+ecology+and+physiology.">Oxygen- and capacity-limited thermal tolerance: bridging ecology and physiology.</a> Journal of Experimental Biology. 220 (15), 2685-2696 (2017).</li><li>Somero, G. N., Lockwood, B. L., Tomanek, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Biochemical adaptation: response to environmental challenges, from life's origins to the Anthropocene. , (2017).</li><li>Sokolova, I. M., Frederich, M., Bagwe, R., Lanning, G., Sukhotin, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energy+homeostasis+as+an+integrative+tool+for+assessing+limits+of+environmental+stress+tolerance+in+aquatic+invertebrates.">Energy homeostasis as an integrative tool for assessing limits of environmental stress tolerance in aquatic invertebrates.</a> Marine Environmental Research. 79, 1-15 (2012).</li><li>Tepolt, C. K., Somero, G. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Master+of+all+trades:+thermal+acclimation+and+adaptation+of+cardiac+function+in+a+broadly+distributed+marine+invasive+species,+the+European+green+crab,+Carcinus+maenas.">Master of all trades: thermal acclimation and adaptation of cardiac function in a broadly distributed marine invasive species, the European green crab, Carcinus maenas.</a> Journal of Experimental Biology. 217 (7), 1129-1138 (2014).</li><li>Frederich, M., P&#246;rtner, H. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen+limitation+of+thermal+tolerance+defined+by+cardiac+and+ventilatory+performance+in+spider+crab,+Maja+squinado.">Oxygen limitation of thermal tolerance defined by cardiac and ventilatory performance in spider crab, Maja squinado.</a> American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 279 (5), 1531-1538 (2000).</li><li>Metzger, R., Sartoris, F. J., Langenbuch, M., P&#246;rtner, H. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+elevated+CO2+concentrations+on+thermal+tolerance+of+the+edible+crab+Cancer+pagurus.">Influence of elevated CO2 concentrations on thermal tolerance of the edible crab Cancer pagurus.</a> Journal of Thermal Biology. 32, 144-151 (2007).</li><li>Walther, K., Sartoris, F. J., Bock, C., P&#246;rtner, H. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+anthropogenic+ocean+acidification+on+thermal+tolerance+of+the+spider+crab+Hyas+araneus.">Impact of anthropogenic ocean acidification on thermal tolerance of the spider crab Hyas araneus.</a> Biogeosciences. 6 (10), 2207-2215 (2009).</li><li>Styf, H. K., Sk&#246;ld, H. N., Eriksson, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Embryonic+response+to+long-term+exposure+of+the+marine+crustacean+Nephrops+norvegicus+to+ocean+acidification.">Embryonic response to long-term exposure of the marine crustacean Nephrops norvegicus to ocean acidification.</a> Ecology and Evolution. 3 (15), 5055-5065 (2013).</li><li>Camacho, J., Qadri, S. A., Wang, H., Worden, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temperature+acclimation+alters+cardiac+performance+in+the+lobster+Homarus+americanus.">Temperature acclimation alters cardiac performance in the lobster Homarus americanus.</a> Journal of Comparative Physiology A. 192 (12), 1327-1334 (2006).</li><li>Braby, C., Somero, G. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ecological+gradients+and+relative+abundance+of+native+(Mytilus+trossulus)+and+invasive+(Mytilus+galloprovincialis)+blue+mussels+in+the+California+hybrid+zone.">Ecological gradients and relative abundance of native (Mytilus trossulus) and invasive (Mytilus galloprovincialis) blue mussels in the California hybrid zone.</a> Marine Biology. 148 (6), 1249-1262 (2006).</li><li>Stenseng, E., Braby, C. E., Somero, G. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolutionary+and+acclimation-induced+variation+in+the+thermal+limits+of+heart+function+in+congeneric+marine+snails+(Genus+Tegula):+implications+for+vertical+zonation.">Evolutionary and acclimation-induced variation in the thermal limits of heart function in congeneric marine snails (Genus Tegula): implications for vertical zonation.</a> Biological Bulletin. 208 (2), 138-144 (2005).</li><li>Factor, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Biology of the Lobster: Homarus americanus. , (1995).</li><li>Muggeo, V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Segmented:+an+R+package+to+fit+regression+models+with+broken-lin+relationships.">Segmented: an R package to fit regression models with broken-lin relationships.</a> R News. 8 (1), 20-25 (2008).</li><li>Ryan, S. E., Porth, L. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+tutorial+on+the+piecewise+regression+approach+applied+to+bedload+transport+data.">A tutorial on the piecewise regression approach applied to bedload transport data.</a> General Technical Report RMS-GTR-189. , (2007).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Prism8 Statistics Guide. , (2020).</li><li>Cuculescu, M., Hyde, D., Bowler, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+tolerance+of+two+species+of+marine+crab,+Cancer+pagurus+and+Carcinus+maenas.">Thermal tolerance of two species of marine crab, Cancer pagurus and Carcinus maenas.</a> Journal of Thermal Biology. 23 (2), 107-110 (1998).</li><li>Stillman, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparative+analysis+of+plasticity+of+thermal+limits+in+porcelain+crabs+across+latitudinal+and+intertidal+zone+clines.">A comparative analysis of plasticity of thermal limits in porcelain crabs across latitudinal and intertidal zone clines.</a> International Congress Series. 1275, 267-274 (2004).</li><li>Maderia, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=cellular+and+biochemical+thermal+stress+response+of+intertidal+shrimps+with+different+vertical+distributions:+Palaemon+elegans+and+Palaemon+serratus.">cellular and biochemical thermal stress response of intertidal shrimps with different vertical distributions: Palaemon elegans and Palaemon serratus.</a> Comparative Biochemistry and Physiology, Part A. 183, 107-115 (2015).</li><li>Padilla-Ramirez, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+thermal+acclimation+on+the+behavior,+thermal+tolerance,+and+respiratory+metabolism+in+a+crab+inhabiting+a+wide+range+of+thermal+habitats+(Cancer+antennarius+Stimpson,+1856,+the+red+shore+crab).">The effects of thermal acclimation on the behavior, thermal tolerance, and respiratory metabolism in a crab inhabiting a wide range of thermal habitats (Cancer antennarius Stimpson, 1856, the red shore crab).</a> Marine and Freshwater Behaviour and Physiology. 48 (2), 89-101 (2017).</li><li>P&#246;rtner, H. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ecosystem+effects+of+ocean+acidification+in+times+of+ocean+warming:+a+physiologist's+view.">Ecosystem effects of ocean acidification in times of ocean warming: a physiologist's view.</a> Marine Ecology Progress Series. 373, 203-217 (2008).</li><li>P&#246;rtner, H. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen-+and+capacity-limitation+of+thermal+tolerance:+a+matrix+for+integrating+climate-related+stressor+effects+in+marine+ecosystems.">Oxygen- and capacity-limitation of thermal tolerance: a matrix for integrating climate-related stressor effects in marine ecosystems.</a> Journal of Experimental Biology. 213 (6), 881-893 (2010).</li><li>Zittier, Z. M. C., Hirse, T., P&#246;rtner, H. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+synergistic+effects+of+increasing+temperature+and+CO2+levels+on+activity+capacity+and+acid-base+balance+in+the+spider+crab,+Hyas+araneus.">The synergistic effects of increasing temperature and CO2 levels on activity capacity and acid-base balance in the spider crab, Hyas araneus.</a> Marine Biology. 160 (8), 2049-2062 (2013).</li><li>Harrington, A. M., Hamlin, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ocean+acidification+alters+thermal+cardiac+performance,+hemocyte+abundance,+and+hemolymph+chemistry+in+subadult+American+lobsters+Homarus+americanus+H.+Milne+Edwards,+1837+(Decapoda:+Malcostraca:+Nephropidae).">Ocean acidification alters thermal cardiac performance, hemocyte abundance, and hemolymph chemistry in subadult American lobsters Homarus americanus H. Milne Edwards, 1837 (Decapoda: Malcostraca: Nephropidae).</a> Journal of Crustacean Biology. 39 (4), 468-476 (2019).</li><li>Depledge, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoplethysmography+-+a+non-invasive+technique+for+monitoring+heart+beat+and+ventilation+rate+in+decapod+crustaceans.">Photoplethysmography - a non-invasive technique for monitoring heart beat and ventilation rate in decapod crustaceans.</a> Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Physiology. 77 (2), 369-371 (1984).</li></ol>

Denne protokol beskriver brugen af impedanspneumografi til at måle ændringer i hjertefrekvensen for sene stadier hvirvelløse dyr under et temperaturrampingseksperiment. Den primære fordel ved denne teknik i forhold til andre laboratoriebaserede tilgange9,10,11 er, at det er minimalt invasiv og ikke indebærer større kirurgisk manipulation af exoskelet, hvilket reducerer mængden af restitutionstid, der er nødvendig før ek...

I de seneste årtier har øget tilførsel af drivhusgasser (dvs. kuldioxid, metan og lattergas) i atmosfæren resulteret i udbredte mønstre for miljøændringer1. Verdenshavene er hurtigt opvarmning2,3, en tendens, der kan have alvorlige konsekvenser for organisme fysiologi. Temperaturen har stor indflydelse på fysiologiske hastigheder, og organismer har et optimalt temperaturområde for ydeevne4,5,6. Som sådan, enkeltpersoner kan støde på vanskeligheder med at opretholde ordentlig ilt levering til væv som temperaturer omstrejfende uden for dette interval. Dette har potentiale til at føre til fald i aerob ydeevne i lyset af opvarmning havtemperaturer5,7.
I et laboratorium indstilling, en metode til at forstå de fysiologiske virkninger af miljømæssige forandringer er at undersøge hjerte ydeevne i forbindelse med termisk stress. Dette giver indsigt i , hvordan eksponering for forudsagte opvarmningsforhold kan ændre præstationskurverne5,6 samt potentialet for akklimatiseringsplasticitet8. En række forskellige metoder er blevet gennemført med succes til tidligere at måle puls i marine hvirvelløse dyr. Men mange af disse teknikker indebærer kirurgisk fjernelse eller større manipulation af exoskelet og langvarig implantation af måleudstyr9,10,11, som indfører yderligere stress til forsøgspersonen og øger den nødvendige tid til en vellykket genopretning før eksperimenter. Desuden kan mindre invasive teknikker (f.eks. visuel observation, videografi) begrænses til tidlige livshistoriske stadier, hvor organismer kan være fuldstændig ellerhalvgennemsigtige 12. Desuden kan der præsenteres yderligere udfordringer for forskere, der ikke er velbevandret i mere teknologisk avancerede metoder (f.eks. observationer via infrarøde transducers eller Doppler perfusion8,11).
Denne protokol bruger den amerikanske hummer (Homarus americanus) som en sen fase marine hvirvelløse model til at demonstrere brugen af impedans pneumografi til at vurdere ændringer i puls under en temperatur ramping eksperiment. Impedanspnomografi indebærer passage af en oscillerende elektrisk strøm (AC) på tværs af to elektroder placeret på hver side af hjertesækken til at måle ændringer i spænding som hjertet kontrakter og slapper13,14. Denne teknik er minimalt invasiv, da den anvender små elektroder (dvs. 0,10-0,12 mm diameter), der forsigtigt implanteres lige under exoskeletet. Endelig giver det real-time vurderinger af både puls og vandtemperatur under rampen ved hjælp af en datalogger.
Protokollen indeholder også instruktioner til beregning af Arrhenius-pausetemperatur (ABT), den temperatur, hvor pulsen begynder at falde med stigende temperaturer13,15. ABT fungerer som en ikke-dødelig indikator for den termiske grænse for kapaciteten hos forsøgspersoner, der kan være begunstiget frem for at måle det kritiske termiske maksimum (CTmax, den øvre grænse for hjertefunktion5,6), da dødbringende grænser ofte er ekstreme og sjældent forekommende i det naturlige miljø5.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>1.6 mm (1/16 in) drill bit</td>
			<td>Milwaukee Tool at Home Depot</td>
			<td>1001294900</td>
			<td>This is for a 1.6 mm (1/16 in) diameter drill bit. This item can be found at most home-improvement stores.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>38 AWG Copper Magnet Wire</td>
			<td>TEMCo</td>
			<td>MW0093</td>
			<td>This wire is used to make the wire electrode leads that are implanted into the test subjects. This listing is for a 4 oz coil of 38-gauge magnetic wire. TemCo also has 36-gauge magnetic wire that is also suitable for use in constructing wire electrodes.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cyanoacrylate glue</td>
			<td>Loctite</td>
			<td>852882</td>
			<td>This item includes a brush tip, which makes it easier to control the amount of glue used to secure electrodes to the carapace.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol, 70% Solution, Molecular Biology Grade</td>
			<td>Fisher BioReagents</td>
			<td>BP82931GAL</td>
			<td>This reagent is used in combination with the sterile cotton balls to disinfect the carapace prior to electrode implantation.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Excel</td>
			<td>Microsoft</td>
			<td>N/A</td>
			<td>This program is used in the protocol for organizing, manipulating, and analyzing data. It is compatible with both PC and Mac operating systems.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fisherbrand 8-Piece Dissection Kit</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>08-855</td>
			<td>This kit includes the forceps, scissors, dissecting knife (and blades), and dissecting needle needed to accomplish the electrode implantation steps in the protocol.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fisherbrand Isotemp Refrigerated/Heated Bath Circulators: 5.4-6.5L, 115V/60Hz</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>13-874-180</td>
			<td>This is a complete system that consists of an immersion circulator and a bath. It can be used as a temperature controlled bath or to circulate fluid externally to an application. Temperature range of this water bath is -20 to +100 &#176;C, and the unit heats/cools rapidly and is easy to drain upon conclusion of use.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fisherbrand Sterile Cotton Balls</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>22-456-885</td>
			<td>These swabs should be soaked in 70% ethanol before being used to disinfect the carapace prior to electrode implantation.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fork Terminal, Red Vinyl, Butted Seam, 22 to 16 AWG, 100 PK</td>
			<td>Grainger</td>
			<td>5WHE6</td>
			<td>Terminals are soldered to the magnetic wire to construct the wire electrodes. These can be purchased from a variety of home-improvement vendors.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Impedance converter</td>
			<td>UFI</td>
			<td>Model 2991</td>
			<td>Measures impedance changes correlated with very small voltage changes, ranging from 0.2 ohm to over 5 ohms. This model can convert impedance changes that stem from resistance, capacitance, or inductance variations, as well as a combination of all three.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LabChart software</td>
			<td>ADInstruments</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Purchase of the PowerLab datalogger includes the LabChart software, but a license for the software can also be directly downloaded online. LabChart allows the user to record data, open and read LabChart files, analyze data, as well as save and export files. There is a free version of the software, LabChart Reader, but users can only open and read LabChart files and analyze them (i.e., it cannot be used to record, save, or export data files). One also has the option of selecting LabChart Pro, which includes LabChart teaching modules that can be used for educational purposes.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED Soldering Iron</td>
			<td>Grainger</td>
			<td>28EA35</td>
			<td>This is a generic soldering iron that can be used to solder the magnetic wire to the fork terminals to create the wire electrodes.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PowerLab datalogger</td>
			<td>ADInstruments</td>
			<td>ML826</td>
			<td>There are a variety of models of the PowerLab. This catalog number is for the 2/26 model that is a 2 channel, 16 bit resolution recorder with two analog input channels, independently selectable input sensitivities, two independent analog outputs for stimulation or pulse generation and a trigger input. The PowerLab features a wide range of low-pass filters, AC or DC coupling and adaptive mains filter. This unit has a USB interface for connection to Windows or Mac OS computers and a sampling rate of 100,000 samples/s per channel.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Prism8</td>
			<td>GraphPad</td>
			<td>N/A</td>
			<td>This program provides an additional option for calculating the Arrhenius Break Temperature through its &#8220;Segmental linear regression&#8221; data analysis option. This program does not require any programming and is compatible with both Mac and Windows operating systems.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>R</td>
			<td>R Project</td>
			<td>N/A</td>
			<td>This is free software for statistical computing that is compatible with UNIX platforms, as well as Windows and Mac operating systems. This program can also be used to calculate the Arrhenius Break Temperature using the &#8220;segmented&#8221; package. There are a number of tutorials and user guides available online through the r-project.org website.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rosin Core Solder</td>
			<td>Grainger</td>
			<td>331856</td>
			<td>This product has a diameter of 0.031 in (0.76 mm) and is ideal for use in soldering speaker wire (similar gauge as magnetic wire used for electrodes).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SAS</td>
			<td>SAS Institute</td>
			<td>N/A</td>
			<td>This program provides an additional option for calculating the Arrhenius Break Temperature. However, it does require programming and is not compatible with Mac operating systems.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SigmaPlot</td>
			<td>Systat Software, Inc.</td>
			<td>N/A</td>
			<td>This is the authors&#8217; preferred program for statistical determination of the Arrhenius Break Temperature. The &#8220;Regression Wizard&#8221; is easy to use and does not require any programming. One can obtain a free 30-day trial license before purchase. However, it is compatible only with PC computers.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T-type Pod</td>
			<td>ADInstruments</td>
			<td>ML312</td>
			<td>Suitable for measurement of temperatures from 0-50 &#176;C using T-type thermocouples.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T-type Thermocouple Probe</td>
			<td>ADInstruments</td>
			<td>MLT1401</td>
			<td>Compatible with the T-type Pod for connection. Measures temperature up to 150 &#176;C, and is suitable for immersion in various solutions, semi-solids, and tissue (includes a needle for implantation). This product is a 0.6 mm diameter isolated probe that is sheathed in chemical-resistant Teflon and a lead length of 1.0 m.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV Cable Tie, Black</td>
			<td>Home Depot</td>
			<td>295813</td>
			<td>This is for a 100-pack of 8-inch (20.32 cm), black cable ties. However, based on the size of test subjects, smaller or larger cable ties may be needed. This item, and others like it, can be purchased at any home-improvement store.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

impedance pneumography for minimally invasive measurement of heart rate in late stage invertebrates

Temperaturerne i havene stiger hurtigt som følge af omfattende ændringer i verdens klima. Da organismefysiologi er stærkt påvirket af miljøtemperatur, har dette potentiale til at ændre termisk fysiologisk ydeevne i en række marine organismer. Ved hjælp af den amerikanske hummer (Homarus americanus) som model organisme, denne protokol beskriver brugen af impedans pneumografi at forstå, hvordan hjerte ydeevne i den sene fase hvirvelløse dyr ændringer under akut termisk stress. Protokollen præsenterer en minimalt invasiv teknik, der giver mulighed for real-time indsamling af puls under en temperatur ramping eksperiment. Data er let manipuleres til at generere en Arrhenius plot, der bruges til at beregne Arrhenius pause temperatur (ABT), den temperatur, hvor pulsen begynder at falde med stigende temperaturer. Denne teknik kan anvendes i en række sene stadier hvirvelløse dyr (dvs. krabber, muslinger eller rejer). Selv om protokollen udelukkende fokuserer på temperaturens indvirkning på hjertets ydeevne, kan den ændres for at forstå potentialet for yderligere stressorer (f.eks. hypoxi eller hyperkapni) til at interagere med temperaturen for at påvirke fysiologiske præstationer. Metoden har således potentiale til vidtrækkende anvendelser for yderligere at forstå, hvordan hvirvelløse havdyr reagerer på akutte ændringer i miljøet.

Denne protokol beskriver brugen af impedanspnumografi til at opnå realtidsdata for puls (i spænding) og temperatur under et temperaturrampingseksperiment. Ved perforering af denne teknik vil amplituden af de registrerede spændinger og temperaturer variere baseret på eksperimentelt design og brændvidde arter. Den spændingseffekt, der vises i realtid, følger imidlertid en generisk sinusfordeling, når protokollen gennemføres korrekt (figur 1A). Efterhånden som temperaturen i arenaen ?...

Watch this Scientific Journal Video about Impedance Pneumography for Minimally Invasive Measurement of Heart Rate in Late Stage Invertebrates at JoVE.com

Impedance Pneumography for Minimally Invasive Measurement of Heart Rate in Late Stage Invertebrates

Måling af puls under en termisk udfordring giver indsigt i organismers fysiologiske reaktioner som følge af akutte miljøændringer. Ved hjælp af den amerikanske hummer (Homarus americanus) som en model organisme, denne protokol beskriver brugen af impedans pneumografi som en relativt noninvasive og nonlethal tilgang til at måle puls i sene fase hvirvelløse dyr.

Impedanspnomografi til minimalt invasiv måling af puls i sene stadier hvirvelløse dyr

Temperatures in oceans are increasing rapidly as a consequence of widespread changes in world climates. As organismal physiology is heavily influenced by ...

Denne protokol bruger unge amerikanske hummere som model til at demonstrere brugen af impedans pneumografi til at vurdere fysiologiske præstationer under en termisk stress. Denne teknik passerer en lille oscillerende elektrisk strøm på tværs af to elektroder implanteret på hver side af hjertet og måler ændringen i spænding som musklen kontrakter og slapper af. Denne spænding kan derefter nemt konverteres til slag i minuttet for at afbilde pulsen på tværs af det temperaturområde, der vurderes for at bestemme termiske ydelsesvinduer.Denne teknik er minimalt invasiv og giver mulighed for realtid dataindsamling i sene fase organismer, hvor det kan være vanskeligt at direkte visuelt observere hjertepræstation. Denne metode fokuserer også på beregning af Arrhenius brudtemperatur eller ABT og bruger dette som en ikke-dødelig slutpunkt til at bestemme termiske grænser. Wrap klar formbare slanger omkring sig selv for at skabe en varme udveksling spole, der er ca otte til 10 centimeter i diameter og har udvidelser, der er 40 til 70 centimeter lang.Fastgør spolen ved hjælp af elektrisk tape. Fastgør varmevekslerspolen til den eksterne forsyning og returfittings i det cirkulerende vandbad. Sørg for, at forbindelsen er sikker ved hjælp af slangeklemmer.Fyld brønden i det cirkulerende vandbad med omvendt osmosevand og sæt ledningen i en stikkontakt. Tænd for vandbadet, og sørg for, at der ikke er utætheder i forbindelse med varmeudvekslingsspolen. Konfigurer impedanskonverteren ved at tilslutte det sorte BNC-kabel til vekselstrømsudgangen på enheden og tilslutte det til strømlaboratoriets datalogger ved hjælp af kanal en port.Sæt thermistor i T type pod derefter sætte T type pod i kanal to port af power lab datalogger. Tilslut strømkablet på strømlaboratoriets datalogger til en strømforsyning, og tilslut dataloggeren til en pc ved hjælp af USB-kabelstikket. Fyld akklimaationskammeret i forsøgsarenaen med 7,5 liter kunstigt havvand.Placer hummer på en plastik gitter. Fastgør forsigtigt hummere kløer og maven til plastnettet ved hjælp af små kabelbindere. Tør rygskjoldet af med en køkkenrulle og rengør den med en vatpind dyppet i 70% ethanol.Forsigtigt hånd bore to små huller næsten gennem rygskjoldet på hver side af pericardium. Afslut hvert hul ved forsigtigt at indsætte en steril dissekerende nål. Skrab en lille smule af ledningerne isolering ved hjælp af et barberblad.Bøj forsigtigt spidsen af hver ledning ved hjælp af sniver og sæt en ind i hver af de nyligt borede huller. Fastgør hver ledningsledning ved hjælp af en lille dråbe superlim og lad den tørre i fem til 10 minutter. Når limen er tør, fastgør tråden fører til impedanskonverteren og tændes.Anvend hummeren i akklimatiseringskammeret, og lad den akklimatisere de implanterede elektroder i 15 til 20 minutter. Tænd for strømlaboratoriet, og åbn laboratoriediagramsoftwaren på computeren. Klik på Nyt eksperiment, og lad skærmbilledet med diagramvisning være åbent.Find kanalfunktionsmenuen for Kanal 1 i diagramvisning. Vælg inputforstærker i menuen, og vælg AC-kobling. På impedanskonverteren justeres forstærkningen og balancen, indtil der observeres et stærkt signal på effektlaboratorens output, der sigter mod at holde balancen nær nul.På kanal to skal du vælge T-type pod for at registrere realtidstemperaturdata. Klik på knappen Start, hvor begynder power lab'et at logge data. Placer plastgitteret med den påsatte hummer omhyggeligt på den eksperimentelle arena og sæt varmeudvekslingsspolen oven på nettet.Placer thermistor nær hummer, før du placerer låget på den eksperimentelle arena for at reducere visuel stress på forsøgspersonen. Juster balancen efter behov, og kom med en kommentar til outputtet, der angiver, at forsøget er begyndt. Outputtet skal gemmes med jævne mellemrum under hele eksperimentet.Klik på Filer, og vælg Gem som for først at gemme outputtet på computeren. Øg vandtemperaturen i forsøgsarenaen med en hastighed på ca. 1,5 grader Celsius hvert 15. Når rampen er færdig, skal du fjerne hummer fra den eksperimentelle arena og placere den i et opsving bad i ca 20 minutter.Efter 20 minutter skal du trykke på stopknappen på effektlaboratoriets output og gemme filen. Fjern forsigtigt elektroderne, og skær kabelbinderne, før testemnet returneres til dens opbevaringstank. Åbn datablokken ved at klikke på menuen Vindue og vælge datablok.Indstil kolonne A til at være tid ved at dobbeltklikke på kolonne A og klikke på markering og Active Point, vælge tid, og luk vinduet ved at klikke på OK. Angiv kolonne B til gennemsnitstemperaturen over den valgte del af dataene ved at dobbeltklikke på kolonne B og vælge Statistik. Vælg middelværdi i højre side af menuen, og kanal to som beregningskilde nederst i menuens vindue. Dobbeltklik på kolonne C, og vælg markering og Aktivt punkt.Vælg markeringsvarighed, klik på OK for at lukke vinduet. Dobbeltklik på kolonne D, og vælg cykliske målinger. Vælg hændelsesantal, vælg kanal et som beregningskilde, klik på OK for at lukke vinduet.Dette tæller toppene af dataene for at bestemme pulsen på tværs af en udvalgt del af dataene. Dobbeltklik på kolonne E, og vælg cykliske målinger. Vælg gennemsnitlig cyklisk hastighed, og kanal en som beregningskilde nederst i menuvinduet.Klik på OK for at lukke vinduet, og dette giver den endelige vurdering af puls som slag pr. minut over en udvalgt del af dataene. Gå tilbage til datafilen, og fremhæv de ønskede dele af outputtet. Vælg kommandoer, og flere føjes til datablokken.Vælg tid, og træk data hvert 30. Klik på den aktuelle markering, og klik på Tilføj. Gå tilbage til datablokskærmen, og vælg Filer og Gem som for at gemme outputtet som en Excel-fil.Åbn datafilen i Excel. Konverter temperaturen fra grader Celsius til det modsatte af Kelvin. Tag den naturlige log af puls, generere en Arrhenius plot ved at plotte puls som en funktion af temperaturen.Tilpas disse data med en trinvis regression, og bestem skæringspunktet. Dette er Arrhenius bremsetemperatur eller ABT. Dette er et eksempel på forventet output ved hjælp af power lab datalogger.Spændingen vises med rødt og arenatemperaturen i blåt. Disse data viser en forventet fordeling af pulsen i løbet af en temperaturrampe. Endelig viser dette panel en forventet Arrhenius plot fra et forsøgsdyr.Passer med en piecewise regression, den røde stjerne fremhæver deres kryds, som er Arrhenius pause temperatur. Når du bruger denne teknik, er det vigtigt at give din test emne korrekt akklamation og nyttiggørelse tidsperioder for at sikre, at du præcist registrerer hjertepræstation. Det er også vigtigt at bestemme den passende opvarmningshastighed for dit eksperiment, før du kører dette på en forsøgsperson.Selv om vi udelukkende fokuserer på temperatur i denne video, kan denne teknik anvendes bredt til at forstå miljøpåvirkninger på organismefysiologi ved at præ udsætte testpersoner for yderligere stressfaktorer såsom havforsuring eller reduceret ilttilgængelighed, før de kører dem gennem temperaturrampen.

Research

JoVE Journal

Environment

Preparation and Testing of Impedance-based Fluidic Biochips with RTgill-W1 Cells for Rapid Evaluation of Drinking Water Samples for Toxicity

Forberedelse og Test af Impedans-baserede strømningstekniske Biochips med RTgill-W1 Celler til hurtig evaluering af drikkevand Prøver til Toksicitet

This manuscript describes how to prepare fluidic biochips with Rainbow trout gill epithelial (RTgill-W1) cells for use in a field portable water toxicity ...

Enhancement of the Initial Growth Rate of Agricultural Plants by Using Static Magnetic Fields

Forbedring af Initial Growth Rate Jordbrugsvidenskabelige Planter efter hjælp statiske magnetfelter

Electronic devices and high-voltage wires induce magnetic fields. A magnetic field of 1,300-2,500 Gauss (0.2 Tesla) was applied to Petri dishes containing ...

Implementation of Portable Emissions Measurement Systems (PEMS) for the Real-driving Emissions (RDE) Regulation in Europe

Implementation of Portable Emissions Measurement Systems PEMS for the Real-driving Emissions RDE Regulation in Europe

Implementering af bærbare emissionsmålingssystemer (PEMS) for Real-drivende Emission (RDE) Forordning i Europa

Vehicles are tested in controlled and relatively narrow laboratory conditions to determine their official emission values and reference fuel consumption. ...

Production and Measurement of Organic Particulate Matter in a Flow Tube Reactor

Produktion og måling af organiske partikler i en Flow rør reaktor

Organic particulate matter (PM) is increasingly recognized as important to the Earth's climate system as well as public health in urban regions, and the ...

Measurement of the Rheology of Crude Oil in Equilibrium with CO2 at Reservoir Conditions

Measurement of the Rheology of Crude Oil in Equilibrium with CO2 at Reservoir Conditions

Måling af rheologi af råolie i ligevægt med CO<sub&gt; 2</sub&gt; Ved reservoir betingelser

A rheometer system to measure the rheology of crude oil in equilibrium with carbon dioxide (CO2) at high temperatures and pressures is described. The ...

Determination of the Settling Rate of Clay/Cyanobacterial Floccules

Bestemmelse af afregning satsen af ler/cyanobakteriel Floccules

The mechanisms underpinning the deposition of fine-grained, organic-rich sediments are still largely debated. Specifically, the impact of the interaction ...

Double-stranded RNA Oral Delivery Methods to Induce RNA Interference in Phloem and Plant-sap-feeding Hemipteran Insects

Dobbelt-strenget RNA Oral leveringsmetoder til at fremkalde RNA-interferens i Phloem og plante-sap-fodring Hemipteran insekter

Phloem and plant sap feeding insects invade the integrity of crops and fruits to retrieve nutrients, in the process damaging food crops. Hemipteran ...

Detached Leaf Assays to Simplify Gene Expression Studies in Potato During Infestation by Chewing Insect Manduca sexta

Aftagne blad analyser for at forenkle genekspression undersøgelser i kartoffel under infestation ved at tygge insekt Manduca Sexta

The multitrophic nature of gene expression studies of insect herbivory demands large numbers of biological replicates, creating the need for simpler, more ...

Using Deuterium Oxide as a Non-Invasive, Non-Lethal Tool for Assessing Body Composition and Water Consumption in Mammals

Brug af deuteriumoxid som et ikke-invasivt, ikke-dødeligt værktøj til vurdering af kropssammensætning og vandforbrug hos pattedyr

Body condition scoring systems and body condition indices are common techniques used for assessing the health status or fitness of a species. Body ...

PARbars: Cheap, Easy to Build Ceptometers for Continuous Measurement of Light Interception in Plant Canopies

PARbars: billige, nemme at bygge Ceptometre til kontinuerlig måling af lys aflytning i Plant canopies

Ceptometry is a technique used to measure the transmittance of photosynthetically active radiation through a plant canopy using multiple light sensors ...