Srdeční a pohybová aktivita raků jako nástroj ke studiu vlivu farmaceuticky aktivních látek

Ing. Filip LOŽEK

Doctoral thesis

Crayfish cardiac and locomotor activity as a tool for study of pharmaceutically active compounds effect

Abstract:

Aquatic ecosystems face to anthropogenic pollution worldwide. One of the currently investigated pollutants entering the aquatic environment due to the insufficient efficiency of wastewater treatment plants are pharmaceutically active compounds (PhACs), such as psychoactive pharmaceuticals or illegal drugs. Although the target organism is human, PhACs target evolutionarily old receptors, so their presence in the environment affects organisms across the animal kingdom. The first part of the dissertation summarizes the current knowledge about the impact of psychoactive substances on the biological parameters of aquatic invertebrates including mollusc and arthropods. Some animals, such as crayfish, are sensitive indicators of the quality of the water to which they respond by ethophysiological changes. Consecutive parts of thesis are composite from scientific publications starting with subscription of novel robust method of non-invasive measuring of crayfish cardiac activity. The method was validated in second publication where the natural (scent of food, predator, conspecific and injured conspecific) and chemical (water disinfectant chloramineT) stimuli were distinguished by crayfish in order to be able to study changes in responses to stress when exposed to environmentally relevant concentration of PhACs i.e. analgesic tramadol what is covered in the third paper. Fourth and final publication describes the alterations in the heart rate and behaviour while stress response of crayfish during long term exposure to 1 ?g.l-1 of illicit drug methamphetamine. The discussion critically compares the advantages and disadvantages of individual approaches used in the detection of changes in biological parameters of organisms exposed to psychoactive substances and suggested future ways of progress in study area. From the results obtained we concluded that the crayfish organism with its biological functions is sensitive to detect selected psychoactive compounds in the relatively low concentrations that were found in the aquatic environment. In addition, ethophysiological alterations highlight possible impacts of these compounds on the ecology of aquatic invertebrates. The recorded effects on crayfish cardiac physiology could present a new area of research in relation not only to residual PhACs, but to a wide range of contaminants with possible impacts on the aquatic environment.

Abstract:

Vodní ekosystémy čelí celosvětově antropogennímu znečištění. Jedním z aktuálně zkoumaných polutantů vnikajících do vodního prostředí díky nedostatečné efektivitě čističek odpadních vod jsou farmaceuticky aktivní látky (PhACs), jimiž jsou psychofarmaka nebo ilegální drogy. Přestože cílovým organismem je člověk, (PhACs) cílí na evolučně staré receptory, tudíž jejich přítomnost v životním prostředí ovlivňuje organismy napříč živočišnou říší. Úvodní část disertační práce shrnuje dosavadní poznání o vlivu (PhACs) na biologické parametry vodních bezobratlých. Někteří živočichové, například raci jsou citlivými indikátory kvality vody, na niž reagují etofyziologickými změnami. Další části disertační práce jsou složeny z na sebe navazujících vědeckých publikací, přičemž první popisuje novou robustní metodu neinvazivního měření srdeční aktivity raků. Metoda byla ověřena ve druhé publikaci, kde přítomnost přírodních (pach potravy, predátora, konspecifika a zraněného konspecifika) a antropogenního (dezinfektant vody chloramine-T) podnětu byla rozlišena prostřednictvím různé intenzity srdeční a pohybové reakce raků. V návaznosti na zjištění nesilnější reakce na podnět (pach poraněného raka) bylo možné studovat změny v odpovědi srdeční a pohybové aktivity na akutní stres během expozice (PhACs), analgetika tramadolu v environmentálně relevantní koncentraci, což je popsáno ve třetí publikaci. Čtvrtá a poslední publikace popisuje změny stresové reakce prostřednictvím srdeční a pohybové aktivity na pach zraněného konspecifika raků vystavených koncentraci 1 ?g.l-1 ilegální drogy, stimulantu methamphetaminu. Diskuze kriticky porovnává výhody a nevýhody jednotlivých přístupů v detekci změn biologických parametrů organismů vystavených (PhACs) a navrhuje přístupy k pokroku ve studované oblasti. Ze získaných výsledků jsme vyhodnotili biologické funkce raků jako citlivé k detekci vybraných psychoaktivních látek v relativně nízkých koncentracích, které se běžně vyskytují ve vodním prostředí. Navíc etofyziologické změny zvýrazňují dopad těchto látek na ekologii vodních bezobratlých. Zachycený efekt na srdeční fyziologii raků může představovat novou oblast výzkumu nejen v souvislosti s (PhACs) znečištěním, ale rovněž se širokou škálou kontaminantů s možným dopadem na vodní prostředí.

Keywords

Fyziologie, chování, necílové organismy, vodní prostředí, farmaka, znečištění

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 9. 2020

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Pavel Kozák, Ph.D.

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Fisheries and Protection of Waters

Doctoral programme / field:
Zootechnics / Fishery