I. Ruiz-Jarabo|L. Herrera-Castillo|D. Madera|N. Saiz|E. Isorna|M.J. Delgado|N. de Pedro
安达卢西亚海洋科学研究所-西班牙国家研究委员会(ICMAN-CSIC)海洋生物学与水产养殖系,西班牙
广告
X
I. Ruiz-Jarabo|L. Herrera-Castillo|D. Madera|N. Saiz|E. Isorna|M.J. Delgado|N. de Pedro 安达卢西亚海洋科学研究所-西班牙国家研究委员会(ICMAN-CSIC)海洋生物学与水产养殖系,西班牙加的斯省Puerto Real 11519
**摘要** 本研究评估了不同麻醉化合物对红沼虾(Procambarus clarkii)的有效性,该物种具有重要的商业价值。研究旨在应对提高甲壳类水产养殖动物福利标准的需求,通过评估麻醉剂如何减轻处理过程中引起的生理和行为应激反应。首先,我们研究了虾在暴露于空气中5分钟后的急性应激反应,观察到血淋巴pH值、乳酸、氯化物和血蓝蛋白发生了显著变化。接下来,我们测试了几种麻醉/镇静剂的效果,包括2-苯氧乙醇、乙醇、三卡因甲磺酸盐(MS-222)、丁香油、氯胺酮和赛拉嗪。结果表明,2-苯氧乙醇、乙醇和MS-222无法诱导深度麻醉;而丁香油(0.5 mL L⁻¹)、氯胺酮(50 μg g⁻¹)和赛拉嗪(15 μg g⁻¹)有效,且每种药物具有不同的诱导和恢复时间。麻醉后一小时的生理分析显示,赛拉嗪处理显著增加了血淋巴中的乳酸水平,这与急性应激后的情况相似。在开放场地测试中,接受赛拉嗪处理的虾靠近墙壁的时间减少,这表明其具有潜在的抗焦虑作用。氯胺酮似乎会延缓完全恢复,在麻醉后一小时仍表现出镇静迹象。总之,我们的发现表明丁香油是适用于P. clarkii的有效麻醉剂,因为它能诱导深度麻醉并有效缓解与应激相关的生理反应。本研究为通过使用麻醉剂改善甲壳类动物的福利提供了基础方案。
**2.4. 麻醉诱导和恢复时间** 麻醉阶段基于先前的描述(Valente,2022),并根据我们的观察结果进行了调整,同时结合了鱼类研究(Jerez-Cepa等人,2019)和其他水生动物的研究(Ross和Ross,2008)中的恢复阶段。实验方案还基于虾类的方法(Lorenzo等人,2025)。因此,提出的麻醉阶段包括:I)镇静和部分丧失直立反射及平衡能力,防御/逃跑反射减弱;II)触角运动反射丧失和眼柄缩回能力丧失;III)完全失去平衡能力(如果将动物推倒,它无法自行恢复,头胸部的腹侧接触地面);IV)完全静止,包括步足和腹肢,但颚须仍在泵动,颚肢仍在移动。提出的恢复阶段包括:1)步行腿(步足)首次移动;2)将动物置于背部位置,即动物恢复正常位置,腿接触地面;3)触角在刺激下恢复活动能力以及眼柄缩回;4)协调探索环境,触角和眼睛以及爪子和步行腿主动移动,尽管仍存在轻微的平衡丧失和对刺激的反应;5)恢复防御和逃跑能力。观察过程中使用玻璃棒刺激动物,但尽量减少对麻醉或恢复过程的潜在影响。建议用于诱导鱼类深度麻醉的最大时间为3分钟,而恢复时间不应超过10分钟(Ross和Ross,2008年),因此最好能尽快完成这些过程。因此,在有证据表明甲壳类动物的情况可能有所不同之前,本研究将采用这些前提来选择每种麻醉剂的适当浓度。基于之前关于甲壳类动物和鱼类的研究(Brown等人,1996年;Priborsky和Velisek,2018年;Rotllant等人,2023年;Valente,2022年),我们进行了预试验,使用不同的麻醉剂来找到每种麻醉剂的适当范围,以便在当前研究中进行更深入的分析。因此,我们在禁食24小时的动物身上从10:00到16:00进行了试验,使用的化学物质及其浓度范围如下:2-苯氧乙醇(77,699,Sigma-Aldrich;0.5–16 mL L−1)、乙醇(5–40 mL L−1)、丁香油(C-8392,Sigma-Aldrich;0.25–4 mL L−1;根据Hempstead等人,2018年的研究,估计丁香酚浓度为83–85%)、MS-222(E-10521,Sigma-Aldrich;50–1000 mg L−1)、氯胺酮(Imalgene 1000,Merial Laboratories,西班牙塔拉戈纳;25–150 μg g−1)和赛拉嗪(Rompun 2%,Bayer;5–25 μg g−1)。2-苯氧乙醇(2-Phe)、乙醇(etOH)、丁香油(CO)和MS-222是通过水浴给予的(CO在4 mL etOH L−1水中预先稀释),而氯胺酮(Ket)和赛拉嗪(Xyl)则是通过肌肉注射(IM)给予的(通过关节膜进入血腔,位于胸部后面的第三个隔膜后面),注射剂量为每克体重1.5 μL(根据该物种血淋巴中观察到的Na+和Cl−浓度进行稀释,以达到每种情况下的适当浓度)。需要注意的是,与通过水浴给予麻醉剂的组相比,注射过程可能会引起生理应激反应。每种浓度下测试了一到六只动物(当未达到麻醉的第四阶段或恢复未完成时,每种浓度只使用一只动物)。根据这些分析,我们使用以下麻醉剂及其括号中指示的浓度/剂量进行了详细研究(每种浓度使用8只小龙虾):丁香油(0.25、0.5、1.5和4 mL L−1)、氯胺酮(25、50、75和100 μg g−1)和赛拉嗪(5、10、15和20 μg g−1)。
2.5. 麻醉的实验条件 根据之前的试验结果,选择用于进一步研究的浓度和剂量为:0.5 mL CO L−1、50 μg Ket g−1和15 μg Xyl g−1。小龙虾(禁食24小时)分别用CO、Ket和Xyl进行麻醉(每个实验组10–12只个体),并添加了一个假对照组(IM注射0.74% NaCl盐水,剂量为每克体重1.5 μL;该组未接受麻醉,用于确定由于动物处理和注射引起的反应)。达到深度麻醉后,将动物放回装有清洁水的个体水箱中恢复,或者将它们放入呼吸室中评估5小时的氧气消耗率,这段时间足以让它们适应环境,正如在分析这种物种的日氧气消耗节律时观察到的那样(Herrera-Castillo等人,2024年)。
2.6. 代谢率 通过间歇流式呼吸测量法(Loligo Systems,丹麦维堡)测量了单个小龙虾的氧气消耗率(MO2)(Herrera-Castillo等人,2024年)。呼吸室的体积为362.29 mL,内部水流速为300 L h−1,由两个交替的水泵通过继电器控制。氧气传感器和温度探头连接到Witrox-4模块上,并使用AutoResp™软件进行数据采集(Loligo Systems)。MO2的数据分析周期为3分钟,其中包含80秒的测量时间和100秒的水清洗时间。从动物达到深度麻醉状态(第四阶段)到开始收集MO2数据所需的时间为8分钟,因此理论上所有动物都达到了恢复的第五阶段,除了氯胺酮组。动物禁食24小时,呼吸分析从10:00开始。还包括了一个未受干扰的对照组。考虑的最大代谢率是在将动物引入代谢室后处理过程中达到的最大值,而常规代谢率(RMR)则是在暗期或适应代谢室期间的平均MO2。
2.8. 开放场行为测试 在开放场测试中评估了n = 12只小龙虾的类似焦虑的行为,基于触觉趋性(即对开放区域与水箱边缘的厌恶)的特性(Herrera-Castillo等人,2025年)。小龙虾在直径50厘米的圆形竞技场中单独测试,竞技场有不透明的黑色墙壁和白色底部,里面装有4.5厘米深的水。照明由竞技场上方的LED灯提供(与适应期间相同的白色和强度 - 550 lx)。设置了两个区域:墙壁区域(占总面积的25%,靠近墙壁)和开放的中央区域(占总面积的75%,位于水族箱的内部)。温度保持在21.5°C。实验方案如下:将单个不透明的水箱(每个水箱中有一只动物)转移到另一个房间,其中有一个开放场竞技场,并允许它们适应5分钟。随后,用0.5 mL CO L−1、50 μg Ket g−1或15 μg Xyl g−1对小龙虾进行麻醉,并包括两个对照组,一个未受干扰的对照组和一个假对照组(IM注射0.74% NaCl盐水),并允许它们在同一个体水箱中恢复一小时。选择1小时的恢复期是因为在这一时间段内观察到这种物种的血淋巴受到最大的生理影响(来自本研究中进行的空气暴露测试的结果)。恢复1小时后,将小龙虾放入靠近墙壁的同一位置的水箱中。使用位于水箱上方的摄像机记录小龙虾的运动情况,持续20分钟。视频使用Noldus(荷兰瓦赫宁根)的EthoVision XT17软件进行分析。评估的参数包括总距离、平均速度、在墙壁附近的时间(触觉趋性)和在中央区域的时间、进入中央区域的延迟次数。
2.9. 统计学 使用Shapiro–Wilk检验和Levene检验分别分析数据的正态性和方差齐性,必要时对数据进行对数转换以满足ANOVA的要求。使用单因素ANOVA测试组间差异(用于评估麻醉诱导和恢复时间),组别(对照组、应激组、假对照组、丁香油组、氯胺酮组或赛拉嗪组)或时间(0、30、60或120分钟,用于急性应激试验)作为方差因素(取决于实验)。根据之前的研究(Herrera-Castillo等人,2024年),评估了将动物引入呼吸室后急性应激对代谢率随时间的影响。在这种情况下,使用双向重复测量ANOVA测试组间MO2的差异,以小时(81次记录,间隔3分钟)和天(在室内的第一天与第二天)作为within-subject因素。使用Tukey的事后检验来识别显著不同的组。统计显著性接受标准为p < 0.05。所有结果以平均值±标准误差(SEM)表示。使用Cosinor Online(Molcan,2019)来确定代谢率是否存在日周期性。数据调整为正弦函数:Y = M + A x cos (t x π/12 - ɸ),其中M是节律的平均值(mesor),A是振幅(mesor与最大值之间的差异),t是时间,ɸ是达到最大值的时间。Cosinor分析的显著性由振幅零检验定义(Molcan,2019)。使用Student's t检验评估白天和夜晚之间的运动活动差异。
图2. P. clarkii暴露于空气后血淋巴中pH(A)、乳酸(B)、氯化物(C)和血蓝蛋白(D)的时间进程。每个条形代表平均值±标准误差(n = 5)。不同的字母表示组间有显著差异(单因素方差分析后进行事后Tukey检验,p < 0.05)。
3.3 麻醉剂的特性 暴露于5–40 mL etOH L−1、0.5–16 mL 2-phe L−1或50–1000 mg MS-222 L−1长达60分钟并未在P. clarkii中引起深度麻醉。CO、Ket和Xyl的使用根据其浓度/剂量达到IV期麻醉和V期恢复的时间模式不同(见图3)。达到所有麻醉和恢复阶段的时间以及统计数据见补充文件2和3。较高的CO浓度缩短了深度麻醉(IV期)的时间,而恢复时间(V期)则延长。较高剂量的氯胺酮导致完全麻醉和恢复的时间延长,而150 μg Ket g−1的剂量使动物在IV期麻醉后无法恢复(因为它们在测试后5小时内没有恢复正常行为,必须被安乐死)。只有10–20 μg Xyl g−1的剂量引起了IV期麻醉,且恢复时间最短。1.0和0.5 mL CO L−1的剂量在麻醉或恢复时间上没有显著差异,分别达到IV期麻醉的时间为2:55分钟和4:30分钟,恢复时间分别为17:30分钟和9:33分钟。因此,选择0.5 mL CO L−1作为进一步分析的浓度,因为它允许快速恢复,同时所需的CO量最小。选定的氯胺酮剂量为50 μg g−1,因为它达到IV期麻醉所需的时间最短(0:44 ± 0:13分钟),尽管其恢复时间也比25 μg Ket g−1(7:45 ± 2:28分钟)长。最佳剂量的赛拉嗪为15 μg Xyl g−1,因为P. clarkii在所有测试剂量中达到IV期麻醉的时间最短(1:05 ± 0:05分钟),同时恢复时间也最短。
下载:下载高分辨率图片(144KB) 下载:下载全尺寸图片
图3. P. clarkii暴露于丁香油、氯胺酮和赛拉嗪后达到IV期麻醉(黑色条形)和达到V期恢复(灰色条形)的时间。每个条形代表平均值±标准误差(n = 8)。不同的大写或小写字母分别表示麻醉或恢复期间组间有显著差异(单因素方差分析后进行事后Tukey检验,p < 0.05)。
P. clarkii的免疫反应受到麻醉和应激的影响。甲壳类动物具有发达的免疫系统,使它们能够应对外部威胁(Calderon-Rosete等人,2018年)。值得注意的是,接受氯胺酮处理的小龙虾的溶菌酶活性增加,表明对潜在入侵者或凝血过程的免疫激活。这可以与S. mantis在急性应激情况下描述的溶菌酶变化相比较,以及应对氧化应激产生的自由基的需求(Barragán-Méndez等人,2020年)。另一方面,赛拉嗪和暴露于空气中降低了P. clarkii的血蓝蛋白水平(当前结果),血蓝蛋白在应激期间具有类似酚氧化酶的免疫功能(Adachi等人,2003年;Barragán-Méndez等人,2020年)。此外,本研究中暴露于空气时过氧化物酶活性增加,反映了氧化应激的增加和通过吞噬作用激活的免疫系统(Barragán-Méndez等人,2020年)。这些不同的免疫反应突显了甲壳类动物在应激和麻醉过程中涉及的复杂机制,并强调了理解其免疫反应对于改善动物福利的重要性。
I. Ruiz-Jarabo:写作——审阅与编辑,写作——初稿,方法学,调查,资金获取,形式分析,数据管理,概念化。L. Herrera-Castillo:写作——审阅与编辑,写作——初稿,方法学,调查,形式分析,数据管理,概念化。D. Madera:写作——审阅与编辑,方法学,调查,形式分析,数据管理。N. Saiz:写作——审阅与编辑,方法学,调查,形式分析,数据管理。E. Isorna:写作——审阅与编辑,方法学,调查,资金获取,概念化。M.J. Delgado:写作——审阅与编辑,可视化,监督,项目管理,资金获取,概念化。N. de Pedro:写作——审阅与编辑,写作——初稿,可视化,监督,项目管理,方法学,调查,资金获取,概念化。
**资助**
这项工作部分得到了“Ramón y Cajal”奖学金(RYC2021-032451-I)和项目PID2022-142638OA-100(MCIN/AEI/10.13039/50110011033/FEDER,UE)的支持,由西班牙科学与创新部资助;部分得到了欧盟的恢复、转型和韧性计划对IRJ的支持,以及西班牙科学与创新部通过项目PID2022-136288OB-C32(MCIN/AEI//10.13039/501100011033)对N.d.P.和E.I.的支持。L.H.C.是马德里康普顿斯大学(CT63/19-CT64/19)的博士前奖学金获得者。