Una restricción de 24 horas con privación de alimentos y agua en cerdos

Una restricción de 24 horas con privación de alimentos y agua: un método potencial para establecer un modelo de depresión en cerdos

Una restricción de 24 horas con privación de alimentos y agua: un método potencial para establecer un modelo de depresión en cerdos

Sen Yang Qiang Zheng Guoan Yin*
  • Facultad de Ciencia Animal y Medicina Veterinaria, Universidad Agrícola Heilongjiang Bayi, Daqing, China

El estrés adverso, como la restricción a largo plazo de la ingesta de alimentos y la actividad en la producción intensiva, conduce a un estado mental similar a la depresión en las cerdas. Los trastornos del estado de ánimo, como la depresión, son un problema de bienestar animal muy preocupante. Sin embargo, se sabe poco sobre los mecanismos biológicos que subyacen a los trastornos del estado de ánimo en los cerdos. Este estudio es el primer intento de establecer un modelo de depresión porcina por estrés agudo. Un total de 16 cerdos Bama adultos se dividieron en los grupos de control y modelo, con 8 cerdos (mitad macho y mitad hembra) por grupo. Los cerdos del grupo modelo fueron inmovilizados durante 24 h en un ambiente oscuro y ventilado, con privación de alimento y agua. Después de la restricción, se utilizaron pruebas de comportamiento (ingesta de alimento, prueba de preferencia de sacarosa, prueba de campo abierto y prueba de objetos novedosos) para evaluar los indicadores aparentes. Los niveles de COR y ACTH en el suero y los niveles de 5-HT, NE y BDNF en el hipocampo y la corteza prefrontal medial se detectaron mediante ELISA para identificar el estado fisiológico. Después del estrés agudo, los cerdos mostraron una disminución de la ingesta de alimento y la preferencia por la sacarosa, un aumento de los niveles séricos de COR, una disminución de los niveles de 5-HT en el hipocampo y mostraron más miedo. Finalmente, se evaluó el modelo de acuerdo con el peso de los indicadores de prueba. La puntuación global del modelo fue de 0,57, lo que indica que el modelado era factible. Aunque la fiabilidad y la estabilidad requieren una verificación adicional, este nuevo modelo reveló cambios típicos en el comportamiento similares a la depresión y proporcionó un método potencial para establecer un modelo de depresión en cerdos.

Introducción

En la producción intensiva, las cerdas sufren estrés psicológico y fisiológico como resultado de la restricción a largo plazo de la alimentación y la actividad, el traslado del rebaño, el cambio de dieta, el entorno estéril y el ruido en las granjas porcinas, y otras condiciones adversas. Se ha encontrado que muchas cerdas se encuentran en un estado similar a la depresión. Los comportamientos estereotipados de las cerdas se consideran una manifestación externa de síntomas similares a los de la depresión, siendo el comportamiento de masticación al vacío el más destacado (1). Los estudios han establecido que la frecuencia de comportamientos estereotipados aumentó con el tiempo de sujeción de las cerdas (2). Al mismo tiempo, también se producen cambios similares a la depresión en las regiones cerebrales asociadas con la emoción a nivel fisiológico y de expresión génica (3). Estos hallazgos sugieren que el estrés puede desencadenar trastornos del estado de ánimo en las cerdas. Sin embargo, el mecanismo biológico que subyace a la depresión en los cerdos sigue sin estar claro. Sin embargo, no existe un modelo de depresión en cerdos que se utilice para explorar la patogénesis y los mecanismos de la depresión.

El modelo animal ideal de depresión debe cumplir tres criterios: cara, constructo y validez predictiva (4). La validez aparente es un cambio similar a la depresión en el comportamiento y la cognición (5). Los estudios han documentado que la temperatura corporal, la presión arterial, la frecuencia cardíaca y los niveles séricos de cortisol (COR) generalmente aumentan durante o después de la restricción aguda en animales estresados (6, 7), mientras que el conflicto agresivo, la actividad motora y la exploración generalmente disminuyen (8). La validez de constructo significa que los animales modelo deben tener las mismas características fisiopatológicas que los individuos deprimidos (9). El estrés agudo puede inducir la remodelación dendrítica y reducir la actina fosforilada en la corteza prefrontal medial (10). Además, los múltiples efectos del estrés agudo sobre el sistema inmunitario y la plasticidad neuronal se demuestran a través de cambios en la inmunidad, la neurogénesis, la cognición y la memoria en animales expuestos a restricciones (11-13). La validez predictiva se refiere principalmente al efecto del tratamiento antidepresivo en animales modelo. El establecimiento de modelos de depresión causada por estrés agudo en roedores puede considerarse válido solo por la validez de cara y de constructo (14).

El estudio mostró que la restricción de 24 horas tiene éxito en el modelado de la depresión en ratas y podría traer efectos a largo plazo. Esto nos da una visión útil, ya que el confinamiento prolongado y la privación de alimentos y agua también son estresantes para los cerdos. Teniendo en cuenta que los cerdos tienen una fuerte resistencia al estrés en comparación con los roedores (15), intentamos establecer un modelo animal de depresión en cerdos mediante la restricción de 24 horas con privación de alimentos y agua. Además, se ponderó el modelo para su evaluación de acuerdo con la validez facial y de constructo.

Materiales y métodos
Declaración ética

Todos los experimentos fueron aprobados y realizados de acuerdo con las directrices del Comité de Ética de Ciencia y Tecnología de la Universidad Agrícola de Heilongjiang Bayi (DWKJXY2022039).

Animales y alimentación

Dieciséis cerdos Bama de 6 meses de edad (8 machos y 8 hembras) con peso corporal uniforme (15 ± 1,15 kg) fueron asignados aleatoriamente a dos grupos (4 machos y 4 hembras en el modelo o grupo control). Cada cerdo se mantuvo en una jaula separada (80 × 60 × 60 cm).

El alimento en gránulos a precio completo se alimentó una vez al día a las 7:00 a.m., con acceso gratuito a alimentos y agua adecuados. Referencia detallada: proteína bruta ≥ 15,0%, fibra bruta ≤ 5,0%, ceniza bruta ≤ 7,0%, calcio 0,5-1,5%, fósforo total ≥ 0,5%, cloruro de sodio ≥ 0,3-0,8%, lisina ≥ 0,9% y humedad ≤ 14,0%.

Método de moldeo

Cada cerdo del grupo modelo fue inmovilizado con bolsas de lona (Figura 1) para asegurarse de que no pudieran mover sus extremidades. Desde las 7:00 a.m. del primer día hasta las 7:00 a.m. del segundo día, los cerdos fueron inmovilizados en una habitación separada oscura y ventilada. Durante la inmovilización, los animales no tuvieron acceso a comida ni agua. Una vez finalizada la inmovilización, los cerdos eran devueltos inmediatamente a sus jaulas, con libre acceso a comida y agua. Los cerdos sin sujeción (el grupo de control) permanecieron en jaulas hasta que comenzaron los experimentos conductuales.

www.frontiersin.orgFigura 1. Bolsa de sujeción.

Colección de indicadores

Después de la modelación, se registró la ingesta de alimento de cada cerdo Bama y los indicadores aparentes se evaluaron mediante la prueba de preferencia de sacarosa (SPT) (16), la prueba de campo abierto (OFT) y la prueba de objetos nuevos (NOT) (17). SPT proporcionó dos tanques de agua (10 L) que contenían agua y solución de sacarosa al 2%, respectivamente. La arena de campo abierto mide 3 m × 3 m, y la pared metálica cerrada tiene 1 m de altura. Está dividida en 25 plazas: 9 zonas centrales y 16 zonas periféricas. El comportamiento se registró con una cámara de alta definición durante 10 min, que se utilizó para observar el número de cuadrados que ingresaron los cerdos (cuadrados ingresados), la duración del tiempo que los cerdos pasaron en la periferia (periferia de tiempo) o en el centro de la arena (tiempo central), así como el tiempo de los cerdos al ralentí (ocioso), el piso de nariz (piso de la nariz) y la pared de la nariz (pared de la nariz) durante el período OFT. En el NOT, la reacción del cerdo a una varilla de plástico naranja (15 cm×6 cm) se registró en 10 min: período de latencia, frecuencia de contacto con el objeto y duración del contacto con el objeto.

A continuación, se recogieron muestras de sangre de la vena cava anterior de ambos grupos. La sangre se centrifugó a temperatura ambiente (2.000 rpm, 10 min) para obtener el suero. Después de todas las pruebas de comportamiento y la extracción de sangre, se seleccionaron al azar 2 cerdos machos y 2 hembras de cada grupo para el sacrificio, y el hipocampo y la corteza prefrontal se separaron rápidamente en una cámara criogénica. Las muestras de suero y cerebro se almacenaron en un refrigerador a -80 °C. Los niveles séricos de COR y hormona adrenocorticotrópica (ACTH), 5-hidroxitriptamina (5-HT), factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF) y niveles de norepinefrina (NE) en el hipocampo y la corteza prefrontal se detectaron mediante ELISA.

Evaluación del análisis estadístico y de los resultados

Todos los datos se analizaron con el programa SPSS 16.0. A excepción de los datos de preferencia de sacarosa, todos los demás datos de la prueba de comportamiento se distribuyeron normalmente, y la prueba de homogeneidad de varianza: P > 0,05. A excepción de los datos BDNF del hipocampo, todos los demás indicadores fisiológicos se distribuyeron normalmente, y la prueba de homogeneidad de varianza: P > 0,05. Se utilizó una prueba t de muestra independiente para los indicadores que se ajustaban a una distribución normal y pruebas no paramétricas para los indicadores que no lo hacían.

Los resultados se expresan como media ± desviación estándar. P<0,05 y P<0,01 se consideraron diferencias significativas y extremadamente significativas, respectivamente. Los gráficos de barras se construyeron utilizando GraphPad Prism 6.0.

No se encontró un efecto de género significativo entre todos los indicadores, por lo que se ignora el efecto de género.

Las reglas de puntuación de peso (consulte el Apéndice para obtener más detalles) son las siguientes:

Combinados con indicadores fisiológicos (indicadores de Nivel I), los indicadores de pruebas de comportamiento se consideraron como indicadores aparentes (indicadores de Nivel I) para puntuar el modelo. Se realizó el análisis de componentes principales de SPSS en los indicadores de nivel II de indicadores aparentes y fisiológicos del modelo, y se seleccionaron componentes principales con valores propios >1.

Se utilizó la R 4.2.1 para derivar el valor de contribución de cada indicador de Nivel II a los componentes principales seleccionados. La ponderación de cada indicador de Nivel II en el indicador de Nivel I = (valor de contribución del componente principal x1 /100) (tasa de contribución de la varianza del componente principal x1 / tasa de contribución total) + (valor de contribución del componente principal x2 /100) (tasa de contribución de la varianza del componente principal x2 / tasa de contribución total) + (valor de contribución del componente principal x3 /100) (tasa de contribución de la variación del componente principal x3 / tasa de contribución total). Se calculó la tabla de puntuación de peso de los indicadores aparentes y fisiológicos del modelo y se obtuvo en consecuencia.***

La puntuación del indicador se estableció en 0, 0,5 y 1 para los cambios normales, significativos y extremadamente significativos, respectivamente.

Se cuantificaron e integraron todos los indicadores del modelo de depresión animal; La puntuación completa es 1. La puntuación de cada tipo de indicador después de la modelación exitosa se multiplicó por el peso del indicador correspondiente y se sumaron los indicadores aparentes y fisiológicos para calcular la puntuación total cuando se estableció con éxito el modelo de depresión. Si la puntuación global era superior a 0,5, el modelo se consideraba exitoso.

Resultados
Indicadores aparentes

La ingesta de alimento y la preferencia por sacarosa de los cerdos Bama en el grupo modelo fueron de 526,87 ± 80,20 g y 35,97% ± 21,06, respectivamente, y en el grupo control, fueron de 723,36 ± 43,95 g y 88,66% ± 4,86, respectivamente. Después del modelado, tanto la ingesta de alimento como la preferencia por la sacarosa disminuyeron de manera extremadamente significativa en el grupo modelo (P < 0.01).

En el OFT, los cerdos Bama del grupo modelo pasaron más tiempo en la zona periférica (P < 0,01, Figura 2A), mientras que en el NOT estuvieron expuestos a juguetes con menos frecuencia (P < 0,01, Figura 2B) y durante menos tiempo (P < 0,01, Figura 2B). No hubo diferencias significativas en el resto de indicadores conductuales entre los dos grupos (P > 0,05).

www.frontiersin.orgFigura 2. Cambios en los indicadores aparentes de los cerdos Bama después de la modelización. (A) Diferencias entre el modelo y el grupo de control en la prueba de campo abierto; (B) diferencias entre el modelo y el grupo de control en la prueba del objeto novedoso. **P ≤ 0,01.

Indicadores fisiológicos

Después del modelado, los niveles séricos de COR en el grupo modelo fueron significativamente más altos que los del grupo control (P < 0,05), y el nivel de 5-HT en el hipocampo del primero fue significativamente menor que en el segundo (P < 0,05). No hubo diferencias significativas en otros indicadores fisiológicos entre los dos grupos (P > 0,05) (Tabla 1).

www.frontiersin.orgTabla 1. Cambios en los indicadores fisiológicos de los cerdos Bama después de la modelización.

Evaluación del modelo

Después de la preparación exitosa del modelo de depresión animal de estrés agudo, los animales muestran principalmente fenómenos aparentes típicos de depresión como anhedonia, inquietud, ansiedad, pánico y disminución de la ingesta de alimento, mientras que los cambios en los indicadores fisiológicos son pequeños y el modelo tiene ciertas limitaciones. Por lo tanto, los indicadores aparentes se consideraron como indicadores básicos con un coeficiente de ponderación de 0,7, mientras que los indicadores fisiológicos se consideraron como indicadores directamente relacionados con un coeficiente de ponderación de 0,3.

Se seleccionaron un total de dos componentes principales para los indicadores aparentes, y las tasas de contribución a la varianza fueron de 48,418 y 30,273%, respectivamente. La tasa de contribución a la varianza acumulada fue del 78,691%. Los valores propios fueron de 5,326 y 3,330, respectivamente (véase la Tabla Suplementaria 1 del Apéndice).

Se extrajeron un total de tres componentes principales para los indicadores fisiológicos, y las tasas de contribución a la varianza fueron de 37,588, 27,370 y 17,486%, respectivamente. La tasa de contribución a la varianza acumulada fue del 82,444%. Los valores propios fueron 3,007, 2,190 y 1,399, respectivamente (véase la Tabla Suplementaria 2 del Apéndice).

El peso de los indicadores de Nivel II se muestra en la Tabla 2, y la puntuación global del modelo es de 0,57 (véase el Apéndice para más detalles).

www.frontiersin.orgTabla 2. Peso de los indicadores de nivel II.

Discusión

Algunos estudios han documentado que la restricción a largo plazo en la producción intensiva de cerdas desarrolla varios tipos de síntomas depresivos, como el comportamiento estereotipado, la disminución de la preferencia por la sacarosa y la rigidez de la pupila (18, 19). Sin embargo, pocos han explorado la patogénesis y los mecanismos de la depresión en cerdos utilizando modelos animales de depresión inducida por estrés agudo o crónico. Primero establecimos un modelo de depresión aguda en minicerdos utilizando la restricción de 24 horas junto con la privación de alimentos y agua en un ambiente oscuro, y los resultados indicaron que los efectos sobre múltiples indicadores aparentes fueron significativos en los cerdos Bama.

La anhedonia es un síntoma central de la depresión (20). Después de 24 h de inmovilización aguda, los cerdos del grupo modelo mostraron disminuciones extremadamente significativas en la ingesta de alimento y la preferencia por la sacarosa, que también se han documentado en humanos y roedores. La OFT se utiliza generalmente para evaluar el comportamiento autónomo, la exploración y la tensión de modelos animales inducidos por el estrés, que refleja la depresión. Los cerdos del grupo modelo pasaron más tiempo en el área periférica del campo abierto, pero no hubo variaciones significativas en la actividad, la pared del arco y el enraizamiento. Estos comportamientos no fueron acompañados de anormalidades fisiológicas graves y se recuperaron rápidamente. Esto indica que solo aparece una leve ansiedad en los cerdos (16), lo que también es diferente del trastorno de estrés postraumático. Por lo general, la NOT se utiliza para evaluar el miedo de los cerdos a la novedad (21). En el NOT, el número y la duración de los juguetes de exploración en el grupo modelo disminuyeron significativamente, lo que indica que su miedo interno aumentó. Los cerdos tienen una mayor resistencia al estrés. La investigación también determinó que el estrés por insuficiencia social crónica solo conduce a un aumento a corto plazo en los niveles de cortisol salival en las cerdas, como consecuencia de adaptaciones conductuales, y no hay un efecto neuroendocrino sostenido similar a la depresión (15). El aumento del nivel sérico de COR y la disminución del nivel de 5-HT en el hipocampo de los participantes en el grupo modelo pueden ser respuestas agudas temporales al estrés; sin embargo, no hubo una disfunción neurológica similar a la depresión evidente. El estudio mostró que la restricción de 24 horas tiene éxito en el modelado de la depresión en ratas y podría traer efectos a largo plazo (16), lo que también mostró que los cerdos tienen una gran capacidad para resistir el estrés.

El estrés agudo para este modelo tiene un impacto principalmente en los comportamientos de los cerdos Bama, que también se reconoce como el estándar para el modelado exitoso en roedores (22). Hasta cierto punto, los cambios de comportamiento en los cerdos Bama demostraron que el estrés ha provocado síntomas similares a los de la depresión, y el método de modelado es válido.

El género es un factor importante que afecta el modelado de la depresión, y los tipos específicos de métodos de modelado de la depresión pueden ser más adaptables para cerdos machos o hembras. Por ejemplo, el modelo de derrota social de la depresión es más adecuado para los hombres (23), pero el modelo de separación materna de la depresión es más adecuado para las mujeres (24). Las cerdas en parideras durante mucho tiempo exhiben comportamientos similares a la depresión, mientras que hay poca evidencia del impacto psicológico de la restricción de la actividad en los verracos. En este estudio se utilizaron cerdos machos y hembras, pero no se encontró un efecto significativo del género. Sin embargo, debería verificarse en el futuro a través de experimentos a gran escala.

La buspirona, con propiedades agonistas parciales de la 5-HT1A, muestra efectos similares a los antidepresivos, mientras que la ipsapirona, como la buspirona, un agonista parcial de la 5-HT1A, es inactiva (25). Debido a que los antidepresivos son altamente específicos y la patogénesis de la depresión porcina aún no está clara, los medicamentos antidepresivos adecuados para humanos o roedores podrían no afectar a este modelo porcino. Por lo tanto, no se ha realizado una evaluación de la validez predictiva. Aunque la fiabilidad del modelo necesita una verificación adicional, la puntuación global de 0,57 indicó que la restricción de 24 horas con privación de alimentos y agua es un método potencial para establecer un modelo de depresión en cerdos. Como el primer método de modelado potencialmente factible, aporta un nuevo enfoque a la investigación sobre el trastorno psicológico de los cerdos. A través de la optimización de los parámetros y la evaluación del modelo multidimensional, este método de modelado puede proporcionar un modelo animal estandarizado y repetible para el estudio del mecanismo de depresión en cerdos.

Declaración de disponibilidad de datos

Las contribuciones originales presentadas en el estudio están incluidas en el artículo/Material complementario, las consultas posteriores pueden dirigirse al autor correspondiente.

Declaración ética

El estudio en animales fue aprobado por el Comité de Ética de Ciencia y Tecnología de la Universidad Agrícola Heilongjiang Bayi. El estudio se llevó a cabo de acuerdo con la legislación local y los requisitos institucionales.

Contribuciones de los autores

SY: Conceptualización, Análisis formal, Metodología, Validación, Redacción, revisión y edición, Curación de datos, Investigación, Software, Visualización, Redacción, borrador original. QZ: Curación de datos, Investigación, Metodología, Redacción, revisión y edición. GY: Metodología, Redacción, revisión y edición, Conceptualización, Análisis formal, Obtención de fondos, Administración de proyectos, Recursos, Supervisión, Validación.

Financiación

El/los autor/es declara(n) haber recibido apoyo financiero para la investigación, autoría y/o publicación de este artículo. Este estudio contó con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (Nº 31972607).

Reconocimientos

Los autores desean agradecer a la Rama de Ganadería y Veterinaria de la Academia de Ciencias Agrícolas de Heilongjiang por proporcionar el sitio experimental y Editage (www.editage.cn) para la edición en inglés.

Conflicto de intereses

Los autores declaran que la investigación se llevó a cabo en ausencia de relaciones comerciales o financieras que pudieran interpretarse como un posible conflicto de intereses.

Nota del editor

Todas las afirmaciones expresadas en este artículo son únicamente las de los autores y no representan necesariamente las de sus organizaciones afiliadas, ni las del editor, los editores y los revisores. Cualquier producto que pueda ser evaluado en este artículo, o afirmación que pueda ser hecha por su fabricante, no está garantizado ni respaldado por el editor.

Material complementario

El material complementario para este artículo se puede encontrar en línea en: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fvets.2023.1274497/full#supplementary-material

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Palabras clave: modelo animal, depresión, cerdo, estrés agudo, contención 24 horas, privación de alimentos y agua, bienestar animal

Cita: Yang S, Zheng Q y Yin G (2023) Una restricción de 24 horas con privación de alimentos y agua: un método potencial para establecer un modelo de depresión en cerdos. Frente. Vet. Sci. 10:1274497. doi: 10.3389/fvets.2023.1274497

Recibido: 08 de agosto de 2023; Aceptado: 12 de septiembre de 2023;
Publicado: 09 Octubre 2023.

Editado por:

Jianzhu Liu, Universidad Agrícola de Shandong, China

Revisado por:

Virginie Rappeneau, Universidad de Ratisbona, Alemania
Xiang Li, Universidad Agrícola del Noreste, China

Derechos de autor © 2023 Yang, Zheng y Yin. Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos de la Licencia Creative Commons Attribution License (CC BY).

*Correspondencia: Guoan Yin, guoanyin@foxmail.com

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