Джулия Заяс

1 Отдел на ветеринарните ресурси

Тимъти Дж. Куини

2 Катедра по психиатрия и поведенчески науки, Медицински факултет на Университета в Маями Милър, Маями, Флорида

Джонатан Б Кели

2 Катедра по психиатрия и поведенчески науки, Медицински факултет на Университета в Маями Милър, Маями, Флорида

Елена С Захарова

2 Катедра по психиатрия и поведенчески науки, Медицински факултет на Университета в Маями Милър, Маями, Флорида

Сари Изенвасер

2 Катедра по психиатрия и поведенчески науки, Медицински факултет на Университета в Маями Милър, Маями, Флорида

Резюме

Обогатяването на околната среда за лабораторни животни е широко приета практика за много видове, но малко проучвания разглеждат периодите на преадолесценция и юношество. Осигуряването на иглута, тунели, материали за гнездене и социални или комунални жилища са често използвани стратегии за обогатяване в клетките на плъхове. В настоящото проучване бяха изследвани ефектите от индивидуалното, двойково и трио настаняване и наличието или отсъствието на физическо обогатяване на клетките върху скоростта на растеж, консумацията на храна и локомоторното поведение на непълнолетни мъжки плъхове през юношеството. Резултатите показват, че социалното и физическо обогатяване намалява темповете на растеж и хранене и двигателната активност на развиващите се плъхове в сравнение с плъховете, живеещи в бедна среда. Резултатите показват, че темповете на растеж зависят предимно от обогатяването на околната среда и че само социалното обогатяване няма ефект. Тези резултати показват, че обогатяването може да има значителни ефекти върху растежа и поведението на мъжки плъхове.

Обогатяването на околната среда за лабораторни животни е широко приета практика за много видове и е задължително за нечовешки примати. Могат да се използват различни подходи, за да се осигури обогатяване на околната среда на гризачите, включително например промени в структурата и субстрата на клетките, добавяне на манипула, нововъведена храна и социален контакт (от специалисти или работа с хора). 8 Предоставянето на иглута, тунели, материали за гнездене и други подобни са често използвани предмети за физическо обогатяване в клетките за плъхове и мишки. Използвани алтернативно или във връзка с физическа манипулация на околната среда на клетката са повишено боравене с плъхове и социално обогатяване (например многократно настаняване на плъхове). 1, 13 Напоследък интересът към потенциалните ефекти от въвеждането на обогатяване върху изследователските променливи се е увеличил. 2 Следователно трябва внимателно да се обмислят видовете обогатяване, графикът на обогатяване и възможните ефекти върху резултатите от научните изследвания. 1

Въпреки че няколко проучвания са изследвали ефектите на „обеднените“ срещу „обогатените“ условия на отглеждане върху растежа и храненето, много от тях сравняват еднократно настанените животни без обогатяване на околната среда с животните, отглеждани в групи с обогатяване. 4, 6, 9, 10 Често обогатеното състояние включва много по-големи клетки от бедните, както и присъствието на други животни, различни предмети или и двете. Следователно има малко информация относно съответните роли на социалните и екологичните фактори за промяна на телесното тегло и храненето. Настоящото проучване е предназначено да оценява систематично дали добавянето на физическо и социално обогатяване на околната среда причинява различни ефекти върху растежа и поведението на мъжките плъхове от отбиването през юношеството (постнатални дни [PND] 23 до 45). Резултатите показват, че социалното и физическото обогатяване имат различни ефекти върху растежа и степента на хранене на младите плъхове и двигателната активност през юношеството, в зависимост от условията на настаняване.

Материали и методи

Crl: Мъжки плъхове на Sprague – Dawley (Charles River Labs, Wilmington, MA) пристигнаха на PND 23 и бяха разпределени произволно на 1 от 6 условия на настаняване (вижте следващия раздел). Всички процедури бяха проведени в акредитирано от AAALAC съоръжение по протокол за грижи и употреба, който следва насоките, установени за хуманната грижа и употреба на плъхове и беше одобрен от Институционалния комитет по грижа и употреба на животните към Университета в Маями, който се придържа към Ръководството Грижи и използване на лабораторни животни. 11.

Жилище.

Плъховете се поддържат при график 12: 12 часа светлина: тъмно, с включени светлини в 0700 и изключени в 1900. Температурата се поддържа от 19,4 до 23,3 ° C и относителна влажност от 30% до 70%. Всички плъхове бяха настанени в една и съща стая, която беше прикрепена към помещенията за тестване. Клетките за плъхове се състоят от стандартна поликарбонатна клетка за обувки (9 инча × 12 инча × 16 инча), съдържаща стандартни постелки от трепетлика от трепетлика и покрити с микроизолационни капаци. Плъховете са хранени със стандартна гризачка за гризачи (Purina 5001 Maintenance Diet, Purina Mills International, St Louis, MO).

При пристигането им на PND 23 плъховете бяха настанени при 1 от 6 условия. Първо, те бяха настанени или като 1 плъх на клетка (изолирани жилища) или с 2 или 3 плъха на клетка (социални жилища). Освен това средата беше различна. Някои плъхове живееха в обогатена среда, в която предмети се поставяха в клетките и различни предмети се въртяха навътре и навън при всяка смяна на клетката (два пъти седмично). Пластмасови тунели и топки, по които плъховете могат да се придвижват и излизат или да се катерят по тях, се използват в допълнение към предмети, които те могат да дъвчат и хартиени гнезда, които могат да надраскат и дъвчат. Обектите се въртяха систематично през клетките, така че за всеки плъх, едни и същи обекти никога не бяха представени по време на следващите превключвания. Други плъхове изпитваха среда, в която не бяха предвидени предмети. По този начин 6-те условия на настаняване бяха изолирани/обеднели (II; n = 21), изолирани/обогатени (IE; n = 8), социални/обеднели с 2 плъха на клетка (SI2, стандартни условия на настаняване; n = 16), социални/обогатен с 2 плъха на клетка (SE2; n = 8), социален/обеднял с 3 плъха на клетка (SI3; n = 12) и социален/обогатен с 3 плъха на клетка (SE3; n = 27).

Физиологични параметри.

Телесно тегло.

Телесното тегло се измерва всеки ден от понеделник до петък за всички групи, но в противен случай плъховете не се обработват през първите 3 седмици. След това двигателната активност на плъховете беше тествана за 1 h дневно в продължение на 2 d през седмици 4 и 5 (вижте описанието по-долу).

Хранене.

При пристигане и настаняване на плъховете върху капаците на клетките се поставяха претеглени аликвотни части храна. Количеството храна, консумирано от плъховете II (n = 32) и SE3 (n = 39), се определя няколко пъти седмично при приблизително 1500, като се претегля останалата храна и се изважда от първоначалното количество. За да се определи количеството храна, консумирано от един плъх при плъховете в групата SE3, общото количество изядена храна на клетка се разделя на 3, въз основа на предположението, че всеки плъх в клетката яде същото количество храна.

Данните са анализирани чрез двустранен дисперсионен анализ (ANOVA) (SuperAnova, Abacus), като променливите са състоянието на жилището и седмицата, последвано от post hoc анализ със защитен от Fisher тест за най-малка значима разлика. Стойностите на Р под 0,05 се считат за значими.

Тестване на двигателната активност.

Всички поведенчески тестове бяха направени през светлия период между 0900 и 1700, като всяка група беше тествана в един и същи час всеки ден, а групите бяха рандомизирани в течение на деня. Всеки плъх се поставя в камера за двигателна активност и активността се измерва в продължение на 1 h след 15-минутен период на привикване, през който активността не се измерва. Плъховете бяха поставени в прозрачни акрилни камери (40,64 × 40,64 cm) в мониторите за активност Digiscan (Accuscan, Columbus, OH), които бяха оборудвани с инфрачервени светлочувствителни детектори, монтирани на 2,5 cm една от друга по 2 перпендикулярни стени. По протежение на противоположните стени бяха монтирани инфрачервени светлинни лъчи, които бяха насочени към детекторите. Регистрира се един брой хоризонтални дейности всеки път, когато субектът прекъсне лъч. Активността се наблюдаваше общо 60 минути, по време на които прекъсванията на лъча бяха измерени в продължение на 12 последователни 5-минутни периоди от време. Плъховете бяха тествани на PND 38 и 39 и след това отново на PND 45 и 46.

Данните бяха анализирани чрез двупосочен ANOVA (SuperAnova, Abacus), като променливите бяха състоянието на жилището и тестовата сесия, последвани от post hoc анализи със защитен тест за най-малка разлика на Fisher. Стойностите на Р под 0,05 се считат за значими.

Резултати

Телесно тегло.

Средните телесни тегла при PND 23 са: II, 51 ± 1 g (n = 21); IE, 50 ± 1 g (n = 8); SI2, 51 ± 1 g (n = 16); SE2, 50 ± 1 g (n = 8); SI3, 48 ± 1 g (n = 12); и SE3, 51 ± 1 g (n = 27), а общото ANOVA на тези първоначални телесни тегла показва, че тези тегла не се различават значително един от друг. В течение на следващите 4 седмици плъховете се претегляха ежедневно от понеделник до петък и всички плъхове напълняваха ежедневно. Фигура 1 показва средно тегло, изразено като процент от това на PND 23, по седмици през периода от 4 седмици. Двупосочен ANOVA от група × ден показва значим ефект от групата (F (5,750) = 67,21, P Фигура 1). В рамките на 24 часа настаняване (PND 24), групата SE3 тежи средно с 4 g по-малко от групата II и тази разлика се запазва през следващите няколко дни (Фигура 1 А). До PND 31, както плъховете II, така и SI2 тежат значително повече от плъховете SE3 и този модел се запазва до последния ден на експеримента (PND 44). За разлика от това, разликата в теглото между плъховете SI3 и SE3 не е била значителна до PND 39, след което групата SI3 поддържа значително по-високо тегло (Фигура 1 C, D). Няма значителни разлики между теглото на животните, настанени в същите клетки (данните не са показани).

физическо

Телесно тегло (g, средно ± SEM) на плъхове, настанени при различни условия, започващи след раждането (PND) 23. (A) PNDs 23 до 27. (B) PNDs 28 до 34. (C) PNDs 35 до 41. (D) PNDs 42 до 46. Данните са дадени като процент от средното телесно тегло на групата при PND 23: II, 51 ± 1 g; IE, 50 ± 1 g; SI2, 51 ± 1 g; SE2, 50 ± 1 g; SI3, 48 ± 1 g; и SE3, 51 ± 1 g. II, изолирано бедно жилищно състояние (т.е. 1 плъх/клетка без предмети); SI2, социално обеднял (2 плъха/клетка без предмети; стандартното жилищно състояние в нашата институция); IE, изолиран обогатен (1 плъх/клетка с предмети); SE2, социално обогатено 2 (2 плъха/клетка с предмети); SE3, социално обогатено 3 (3 плъха/клетка с предмети).

Хранене.

Основните съображения за намаленото наддаване на тегло включват конкуренция за храна, повишена активност, променен метаболизъм, стрес, болести и намалена консумация на храна. В настоящото проучване всички плъхове остават здрави с добро телесно състояние и ярки очи и козина през цялото проучване. Предлагаше се достатъчно храна, така че излишната храна да присъстваше върху клетката всеки път, когато се заменяше нова храна. Ежедневните неформални наблюдения на групово настанените и обогатени от околната среда плъхове предполагат повишена и по-честа активност в домашните клетки през светлия период, отколкото при индивидуално настанени или обеднели плъхове. Данните показват, че намалената консумация на храна допринася поне отчасти за разликите в теглото.

Хранене.

Драматично намаляване на консумацията на храна на телесно тегло се наблюдава през седмица 3 и е най-забележимо при плъховете II. Причината, свързана с тази промяна, е неизвестна, но седмица 3 е седмицата, в която е извършено тестване на двигателната активност. Може би тестването е било форма на обогатяване за плъховете и има по-голям ефект върху животните в бедна среда, отколкото върху тези в обогатените. Ще бъдат необходими допълнителни проучвания, за да се установи причината за това намаление.

Извличането на последователни заключения от литературата е трудно, като се има предвид, че условията на груповото настаняване (например брой кагемати и размери на клетката), степен на обогатяване (например вид и брой предмети, продължителност на обогатяването) и възраст обхват, когато са настанени или тествани, варират в различните проучвания. Настоящите данни обаче показват, че обогатяването на околната среда намалява храненето и увеличаването на теглото. Настоящите резултати показват, че намаленото наддаване на тегло, отчасти поради намаления прием на храна на плъх, се появява, когато предпубертетни и юношески плъхове се настаняват в групи и се обогатяват между PND 23 и 45 и се съгласяват с преобладаването на данните, които показват, че възрастният, настанен в група плъховете обикновено демонстрират намаляване на теглото. 6, 9, 10 Данните допълнително показват, че с течение на времето взаимодействието между социалните и екологичните фактори влияе върху телесното тегло и поведението на хранене и че броят на плъховете в клетката е важен само при наличие на обогатяване.

Локомоторна активност.

Локомоторното или открито тестване на активността е често срещано средство за оценка на стандартните неврологични процеси като привикване и адаптация. Известно е, че обогатяването на околната среда влияе върху церебралната и клетъчната морфология, невроналната пластичност и генната експресия. 1 Намалената двигателна активност при подрастващите плъхове, настанени в социално и екологично обогатена среда, е в съответствие с предишни открития при възрастни плъхове. Например, възрастни плъхове, живеещи в бедна среда, показват повишаване на двигателната активност и отглеждането, 7 докато обогатената среда намалява изследването и основната локомоторна активност. 3, 12, 15 Освен това плъховете, отглеждани изолирано, проявяват повече изследователско поведение при открито тестване като възрастни, отколкото социално отглежданите плъхове. 5 Намалените стойности на активността на открито се интерпретират като индекс на повишено привикване към нова среда и стимули и се смята, че отразяват подобрената обработка на информацията и адаптацията към новите среди. 14, 15 Следователно настоящите данни разширяват констатациите от предишни проучвания върху възрастни плъхове до подрастващи плъхове и показват, че ефектите от условията на настаняване настъпват бързо (в настоящия случай в рамките на 2 седмици от настаняването).

Необходими са повече изследвания за оценка на дългосрочните въздействия на груповите жилища и обогатената среда. В настоящото проучване обогатената среда изглежда има по-голям ефект върху изменението на телесното тегло, отколкото груповото жилище. Взаимодействието на тези променливи обаче е вероятно по-важно, тъй като по-добре отразява реалните ситуации при социалните плъхове и при хората. Остават въпроси относно наличието на метаболитни разлики между диференциално настанените плъхове и дали разликите в консумацията на храна отчитат изцяло промените в теглото. Данни като тези, в допълнение към осигуряването на условия на околната среда за оптимално настаняване и грижи за гризачи, предполагат, че както социалната, така и физическата среда са важни фактори за развитието. Освен това трябва да се внимава при прилагане на стратегии за обогатяване на околната среда върху гризачи, тъй като непредсказуемите променливи могат да променят или увеличат вариабилността и възпроизводимостта на експерименталните резултати. Всички ефекти, които увеличават променливостта на данните, ще доведат до използването на повече плъхове. 16 Силно се препоръчват пилотни проучвания, за да се определи дали ще се създадат разлики в резултатите при промяна на условията на настаняване на гризачи по време на или между експериментите.

Благодарности

Тази работа беше подкрепена от Националния институт за злоупотреба с наркотици (безвъзмездни средства DA 015119 и DA 024584).