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

Gli autori ringraziano Paul Rawson per l'assistenza di laboratorio e il premio IIA-1355457 della National Science Foundation al Maine EPSCoR presso l'Università del Maine per i fondi per l'acquisto di attrezzature. Questo progetto è stato sostenuto dall'USDA National Institute of Food and Agriculture, numero di progetto Hatch MEO-21811 attraverso la Maine Agricultural and Forest Experiment Station, così come NOAA National Marine Fisheries Service Saltonstall Kennedy Grant #18GAR039-136. Gli autori ringraziano anche tre recensori anonimi per i loro commenti su una versione precedente di questo manoscritto. Maine Agricultural and Forest Experiment Station Numero di pubblicazione 3733.

1. Configurazione dell'attrezzatura
<ol><li>Avvolgere tubi chiari e malleabili intorno a sé per creare una bobina che si scambia il calore che è di circa 8-10 cm di diametro e ha estensioni 40-70 cm di lunghezza. Fissare la bobina con nastro elettrico.</li>
	<li>Attaccare la bobina di scambio di calore all'alimentazione esterna e restituire i raccordi di un bagno d'acqua che si trova a temperatura e in uscita. Assicurarsi che la connessione sia sicura utilizzando morsetti flessibili.</li>
	<li>Riempire il pozzo del b...

<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>

Questo protocollo descrive l'uso della pneografia impeditrice per misurare i cambiamenti nella frequenza cardiaca degli invertebrati in fase avanzata durante un esperimento di rampa della temperatura. Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ad altri approcci di laboratorio9,10,11 è che è minimamente invasiva e non comporta una grande manipolazione chirurgica dell'esoscheletro, riducendo così la quantità di tempo d...

Negli ultimi decenni, l'aumento dell'apporto di gas a effetto serra (ad esempio anidride carbonica, metano e protossido di azoto) nell'atmosfera ha portato a modelli diffusi di cambiamento ambientale1. Gli oceani del mondo stanno rapidamente riscaldando2,3, una tendenza che può avere gravi impatti sulla fisiologia dell'organismo. La temperatura influenza pesantemente i tassi fisiologici e gli organismi hanno un intervallo di temperatura ottimale per le prestazioni4,5,6. Come tale, gli individui possono incontrare difficoltà nel mantenere la corretta consegna di ossigeno ai tessuti come temperature allontanarsi al di fuori di questo intervallo. Questo ha il potenziale per portare a cali delle prestazioni aerobiche di fronte al riscaldamento delle temperature oceaniche5,7.
In un ambiente di laboratorio, un metodo per comprendere gli impatti fisiologici del cambiamento ambientale consiste nell'esaminare le prestazioni cardiache nel contesto dello stress termico. Questo fornisce informazioni su come l'esposizione alle condizioni di riscaldamento previste può alterare le curve di prestazioni5,6 così come il potenziale di plasticità di acclimatazione8. Una varietà di metodi sono stati implementati con successo per misurare in precedenza la frequenza cardiaca negli invertebrati marini. Tuttavia, molte di queste tecniche comportano la rimozione chirurgica o la manipolazione importante dell'esoscheletro e l'impianto prolungato dei dispositivi di misura9,10,11, che introduce ulteriore stress al soggetto del test e aumenta il tempo necessario per un recupero di successo prima della sperimentazione. Inoltre, le tecniche meno invasive (ad esempio, l'osservazione visiva, la videografia) possono essere limitate alle fasi della storia della vita precoce quando gli organismi possono essere completamente o semi-trasparenti12. Inoltre, ulteriori sfide possono essere presentate ai ricercatori che non sono esperti in metodologie più tecnologicamente avanzate (ad esempio, osservazioni tramite trasduttori a infrarossi o perfusione Doppler8,11).
Questo protocollo utilizza l'aragosta americana (Homarus americanus) come modello di invertebrato marino in fase avanzata per dimostrare l'uso della pemiografia impedibile per valutare i cambiamenti della frequenza cardiaca durante un esperimento di rampa della temperatura. La pneografia impedibile comporta il passaggio di una corrente elettrica oscillante (AC) attraverso due elettrodi posizionati su entrambi i lati del pericardio per misurare i cambiamenti di tensione come il cuore si contrae e si rilassa13,14. Questa tecnica è minimamente invasiva, in quanto impiega l'uso di piccoli elettrodi (cioè 0,10–0,12 mm di diametro) che vengono impiantati delicatamente appena sotto l'esoscheletro. Infine, fornisce valutazioni in tempo reale della frequenza cardiaca e della temperatura dell'acqua durante la rampa attraverso l'uso di un data logger.
Il protocollo fornisce anche istruzioni per il calcolo della temperatura di rottura di Arrhenius (ABT), la temperatura alla quale la frequenza cardiaca inizia a diminuire con l'aumento delle temperature13,15. L'ABT funge da indicatore non letale del limite termico di capacità nei soggetti che possono essere favoriti rispetto alla misurazione del massimo termico critico (CTmax, il limite superiore della funzione cardiaca5,6), poiché i limiti letali sono spesso estremi e raramente incontrati nell'ambiente naturale 5.

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	<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

Le temperature negli oceani stanno aumentando rapidamente a causa dei cambiamenti diffusi nei climi mondiali. Poiché la fisiologia dell'organismo è fortemente influenzata dalla temperatura ambientale, questo ha il potenziale per alterare le prestazioni fisiologiche termiche in una varietà di organismi marini. Utilizzando l'aragosta americana (Homarus americanus) come organismo modello, questo protocollo descrive l'uso della pneografia impedibile per capire come le prestazioni cardiache negli invertebrati in fase avanzata cambiano sotto stress termico acuto. Il protocollo presenta una tecnica minimamente invasiva che consente la raccolta in tempo reale della frequenza cardiaca durante un esperimento di rampa della temperatura. I dati sono facilmente manipolabili per generare un grafico Arrhenius che viene utilizzato per calcolare la temperatura di rottura di Arrhenius (ABT), la temperatura alla quale la frequenza cardiaca inizia a diminuire con l'aumentare delle temperature. Questa tecnica può essere utilizzata in una varietà di invertebrati in fase avanzata (ad esempio, granchi, cozze o gamberetti). Anche se il protocollo si concentra esclusivamente sull'impatto della temperatura sulle prestazioni cardiache, può essere modificato per comprendere il potenziale per ulteriori fattori di stress (ad esempio, ipossia o ipercapnia) per interagire con la temperatura per influenzare le prestazioni fisiologiche. Pertanto, il metodo ha il potenziale per applicazioni ad ampio raggio per comprendere ulteriormente come gli invertebrati marini rispondono ai cambiamenti acuti nell'ambiente.

Questo protocollo descrive l'uso della pneografia impeditrice per ottenere dati in tempo reale per la frequenza cardiaca (in tensione) e la temperatura durante un esperimento di rampa della temperatura. Quando si prevede questa tecnica, l'ampiezza delle tensioni e delle temperature registrate varierà in base alla progettazione sperimentale e alle specie focali. Tuttavia, l'output di tensione visualizzato in tempo reale segue una distribuzione del sinarea generica quando il protocollo viene implementato correttamente (<s...

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

La misurazione della frequenza cardiaca durante una sfida termica fornisce informazioni sulle risposte fisiologiche degli organismi come conseguenza del cambiamento ambientale acuto. Utilizzando l'aragosta americana (Homarus americanus) come organismo modello, questo protocollo descrive l'uso della peografia impedibile come un approccio relativamente non invasivo e non letale per misurare la frequenza cardiaca negli invertebrati in fase avanzata.

Pneumografia impedibile per la misurazione minimamente invasiva della frequenza cardiaca negli invertebrati in fase avanzata

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

Questo protocollo utilizza le giovani aragoste americane come modello per dimostrare l'uso della pneumografia di impedenza per valutare le prestazioni fisiologiche durante uno stress termico. Questa tecnica passa una piccola corrente elettrica oscillante attraverso due elettrodi impiantati su entrambi i lati del cuore e misura il cambiamento di tensione mentre il muscolo si contrae e si rilassa. Questa tensione può quindi essere facilmente convertita in battiti al minuto per tracciare la frequenza cardiaca attraverso l'intervallo di temperatura valutato per determinare le finestre delle prestazioni termiche.Questa tecnica è minimamente invasiva e consente la raccolta di dati in tempo reale in organismi in fase avanzata in cui può essere difficile osservare visivamente direttamente le prestazioni cardiache. Questo metodo si concentra anche sul calcolo della temperatura di rottura di Arrhenius o ABT e lo utilizza come endpoint non letale per determinare i limiti termici. Avvolgere tubi malleabili chiari intorno a sé per creare una bobina di scambio termico che ha un diametro di circa otto-10 centimetri e ha estensioni lunghe da 40 a 70 centimetri.Fissare la bobina utilizzando nastro elettrico. Collegare la bobina di scambio termico ai raccordi esterni di alimentazione e ritorno del bagno d'acqua circolante. Assicurarsi che la connessione sia sicura utilizzando morsetti del tubo.Riempire il pozzo del bagno d'acqua circolante con acqua osmosi inversa e collegare il cavo di alimentazione a una presa. Accendere il bagno d'acqua e assicurarsi che non vi siano perdite nel suo collegamento alla bobina di scambio termico. Impostare il convertitore di impedenza collegando il cavo BNC nero all'uscita CA dell'unità e collegandolo al data logger del laboratorio di alimentazione utilizzando il canale una porta.Collegare il termistore al pod di tipo T, quindi collegare il pod di tipo T alla porta di canale due del data logger del laboratorio di alimentazione. Collegare il cavo di alimentazione del data logger del laboratorio di alimentazione a un alimentatore e collegare il data logger a un computer PC utilizzando il connettore del cavo USB. Riempire la camera di acclimatazione nell'arena sperimentale con 7,5 litri di acqua di mare artificiale.Posizionare l'aragosta su una griglia di plastica. Fissare con cura gli artigli e l'addome delle aragoste alla griglia di plastica utilizzando piccole fascette. Asciugare il carapace con un tovagliolo di carta e pulirlo con un batuffolo di cotone imbevuto di etanolo al 70%.Praticare con cura due piccoli fori quasi attraverso il carapace su entrambi i lati del pericardio. Finire ogni foro inserendo delicatamente un ago di sezionatura sterile. Raschiare un po 'di isolamento dei fili usando una lama di rasoio.Piegare con cura la punta di ciascun filo utilizzando le forcep e inserirne una in ciascuno dei fori appena praticati. Fissare ogni filo di piombo utilizzando una piccola goccia di supercolla e lasciarlo asciugare per cinque o 10 minuti. Una volta che la colla è asciutta, attaccare il filo conduce al convertitore di impedenza e accenderlo.Posizionare l'aragosta nella camera di acclimatazione e consentirgli di acclimatarsi agli elettrodi impiantati per 15-20 minuti. Accendere il power lab e aprire il software del grafico lab sul computer. Fare clic su Nuovo esperimento e lasciare aperta la schermata della visualizzazione grafico.Nella visualizzazione grafico individuare il menu funzione canale per Canale Uno. Scegliete l'amplificatore di ingresso dal menu e selezionate Accoppiamento CA. Sul convertitore di impedenza, regolare il guadagno e l'equilibrio fino a quando non si osserva un segnale forte sull'uscita del laboratorio di potenza, con l'obiettivo di mantenere l'equilibrio vicino allo zero.Nel canale due selezionare Pod di tipo T per registrare i dati sulla temperatura in tempo reale. Fare clic sul pulsante Start e il power lab inizierà a registrare i dati. Posizionare la griglia di plastica con l'aragosta attaccata con attenzione sull'arena sperimentale e impostare la bobina di scambio termico sopra la griglia.Posizionare il termistore vicino all'aragosta, prima di posizionare il coperchio sull'arena sperimentale per ridurre lo stress visivo sul soggetto in esame. Regolare il bilanciamento in base alle esigenze e inserire un commento sull'output che indichi che la prova è iniziata. L'output deve essere salvato periodicamente durante l'esperimento.Fare clic su File e selezionare Salva con nome per salvare inizialmente l'output nel computer. Aumentare la temperatura dell'acqua dell'arena sperimentale ad una velocità di circa 1,5 gradi Celsius ogni 15 minuti per ottenere una rampa da 12 a 30 gradi Celsius in un periodo di due ore e 30 minuti regolando la temperatura del bagno d'acqua ricircolo. Al termine della rampa, rimuovere l'aragosta dall'arena sperimentale e posizionare in un bagno di recupero per circa 20 minuti.Dopo 20 minuti, premere il pulsante di arresto sull'uscita del laboratorio di alimentazione e salvare il file. Rimuovere con cura gli elettrodi e tagliare le fascette del cavo prima di restituire il soggetto di prova al serbatoio di tenuta. Aprire il data pad facendo clic sul menu Finestra e selezionando il data pad.Impostare la colonna A in base all'ora facendo doppio clic sulla colonna A e facendo clic su selezione e punto attivo, selezionare l'ora e chiudere la finestra facendo clic su OK. Impostare la colonna B come temperatura media sulla parte selezionata dei dati facendo doppio clic sulla colonna B e selezionando Statistiche. Selezionare la media dal lato destro del menu e incanalarne due come origine di calcolo nella parte inferiore della finestra del menu. Fare doppio clic sulla colonna C e selezionare selezione e Punto attivo.Selezionare la durata della selezione, fare clic su OK per chiudere la finestra. Fare doppio clic sulla colonna D e selezionare misurazioni cicliche. Selezionare il conteggio degli eventi, selezionare il canale uno come origine di calcolo, fare clic su OK per chiudere la finestra.Verranno conteggiati i picchi dei dati per determinare la frequenza cardiaca in una parte selezionata dei dati. Fare doppio clic sulla colonna E e selezionare le misurazioni cicliche. Selezionare la velocità ciclica media e canalizzarne una come origine di calcolo nella parte inferiore della finestra dei menu.Fare clic su OK per chiudere la finestra e in questo modo viene fornito la stima finale della frequenza cardiaca come battiti al minuto su una parte selezionata dei dati. Tornare al file di dati ed evidenziare le sezioni desiderate dell'output. Selezionare comandi e più componenti aggiuntivi al data pad.Selezionare il tempo e estrarre i dati ogni 30 secondi selezionando ogni casella e immettendo 30 nel menu Seleziona. Fare clic sulla selezione corrente e su Aggiungi. Tornare alla schermata del blocco dati e selezionare File e Salva con nome per salvare l'output come file di Excel.Aprire il file di dati in Excel. Convertire la temperatura dai gradi Celsius all'inverso di Kelvin. Prendi il registro naturale della frequenza cardiaca, genera un grafico di Arrhenius tracciando la frequenza cardiaca in funzione della temperatura.Adattare questi dati con una regressione frammente e determinare il punto di intersezione. Questa è la temperatura del freno Arrhenius o ABT. Questo è un esempio di output previsto utilizzando il data logger di Power Lab.La tensione è mostrata in rosso e la temperatura dell'arena in blu. Questi dati mostrano una distribuzione prevista della frequenza cardiaca nel corso di una rampa di temperatura. Infine, questo pannello mostra un atteso complotto di Arrhenius da un animale sperimentale.Adatta a una regressione frammente, la stella rossa evidenzia la loro intersezione che è la temperatura di rottura di Arrhenius. Quando si utilizza questa tecnica, è importante consentire al soggetto del test periodi di acclamazione e recupero adeguati per assicurarsi di registrare con precisione le prestazioni cardiache. È anche importante determinare il tasso appropriato di riscaldamento per l'esperimento prima di eseguono questo su un soggetto di test.Sebbene ci concentriamo esclusivamente sulla temperatura in questo video, questa tecnica può essere ampiamente applicata per comprendere gli impatti ambientali sulla fisiologia dell'organismo pre esponendo i soggetti di prova a stressanti aggiuntivi come l'acidificazione degli oceani o una ridotta disponibilità di ossigeno prima di farli scorrere attraverso la rampa di temperatura.

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

Preparazione e test di impedenza a base di biochip fluidici con le cellule RTgill-W1 per valutare rapidamente campioni di acqua potabile per la tossicità

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

Ricerca

Ambiente

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

Valorizzazione del tasso di crescita iniziale delle Piante Agrarie mediante l&#39;utilizzo di campi magnetici statici

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

Implementazione di sistemi di misura portatili (PEMS) per il regolamento delle emissioni Real-guida (RDE) in 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

Produzione e misurazione del particolato organico in un reattore di tubo di flusso

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

Misurazione della reologia del petrolio greggio in equilibrio con CO<sub&gt; 2</sub&gt; Presso le condizioni del serbatoio

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

Determinazione del tasso di sedimentazione di argilla/cianobatterica fiocco

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

Metodi di consegna orale RNA double-stranded per indurre RNAi nel floema e insetti Pentatomomorfi pianta-sap-alimentazione

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

Secondo i saggi foglia distaccati per semplificare gli studi sull'espressione genica nelle patate durante l'infestazione da mawing Insect 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

Utilizzo dell'ossido di deuterio come strumento non invasivo e non letale per valutare la composizione corporea e il consumo di acqua nei mammiferi

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: economico, facile da costruire Ceptometri per la misurazione continua dell'intercettazione della luce nelle tettine delle piante

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