A társadalmi és fizikai környezeti gazdagodás különbségesen befolyásolja a serdülő és serdülő hím patkányok növekedését és aktivitását

Julia Zaias

1 Állatorvosi erőforrások osztálya

Timothy J Queeney

2 Pszichiátriai és Magatartástudományi Tanszék, Miami Egyetem Miller Orvostudományi Kar, Miami, FL

Jonathan B Kelley

2 Pszichiátriai és Magatartástudományi Tanszék, Miami Egyetem Miller Orvostudományi Kar, Miami, FL

Elena S Zakharova

2 Pszichiátriai és Magatartástudományi Tanszék, Miami Egyetem Miller Orvostudományi Kar, Miami, FL

Sari Izenwasser

2 Pszichiátriai és Magatartástudományi Tanszék, Miami Egyetem Miller Orvostudományi Kar, Miami, FL

Absztrakt

A laboratóriumi állatok környezeti dúsítása sok faj számára széles körben elfogadott gyakorlat, de kevés tanulmány foglalkozik a kora előtti és serdülőkori időszakokkal. A patkányketrecekben az iglu, alagutak, fészkelőanyagok és a szociális vagy közösségi elhelyezés általában dúsítási stratégiát alkalmaz. Jelen tanulmányban megvizsgáltuk az egyed, a páros és a trió elhelyezésének, valamint a ketrecben való fizikai dúsulás jelenlétének vagy hiányának hatását a fiatalkorú hím patkányok serdülőkori növekedési sebességére, élelmiszer-fogyasztására és mozgásszervi viselkedésére. Az eredmények azt mutatták, hogy a társadalmi és fizikai dúsulás csökkentette a fejlődő patkányok növekedési és táplálkozási sebességét, valamint mozgásszervi aktivitását a szegényes környezetben élő patkányokhoz képest. Az eredmények azt mutatják, hogy a növekedési ráták döntően a környezeti gazdagodástól függenek, és hogy a társadalmi gazdagodás önmagában nincs hatással. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy a dúsítás jelentős hatással lehet a hím patkányok növekedésére és viselkedésére.

A laboratóriumi állatok környezeti dúsítása sok faj számára széles körben elfogadott gyakorlat, és a főemlősök számára kötelező. Különböző megközelítések alkalmazhatók a rágcsálók környezeti dúsításának biztosítására, ideértve például a ketrecek szerkezetének és szubsztrátumának megváltoztatását, a manipulanda hozzáadását, az újszerű táplálékot és a társadalmi érintkezést (a rokonoktól vagy az emberi kezeléstől kezdve). 8 Az iglu, alagút, fészkelőanyagok és hasonlók biztosítása általában patkány- és egérketrecekben alkalmazott fizikai dúsítási cikk. Alternatív megoldásként vagy a ketrec környezetének fizikai manipulációjával együtt a patkányok fokozott kezelése és a társadalmi gazdagodás (például a patkányok többszöri elhelyezése). 1, 13 Nemrégiben megnőtt az érdeklődés a gazdagodás bevezetésének a kutatási változókra gyakorolt lehetséges hatásai iránt. 2 Következésképpen alaposan meg kell fontolni a dúsítás típusait, a dúsítás ütemezését és a kutatási eredményekre gyakorolt lehetséges hatásokat. 1

Bár számos tanulmány megvizsgálta az „elszegényedett” és a „dúsított” tartási körülmények növekedésre és táplálkozásra gyakorolt hatását, sokan összehasonlították az egyedül tartott, környezeti dúsítás nélküli állatokat a csoportos elhelyezésű állatokkal. 4, 6, 9, 10 A dúsított állapot gyakran sokkal nagyobb ketreceket tartalmazott, mint az elszegényedett állapot, valamint más állatok, különféle tárgyak vagy mindkettő jelenléte. Ezért kevés információ áll rendelkezésre arról, hogy a társadalmi és környezeti tényezők milyen szerepet játszanak a testsúly megváltoztatásában és az etetésben. A jelen tanulmány célja az volt, hogy szisztematikusan felmérje, hogy a fizikai és társadalmi környezeti gazdagodás hozzáadása eltérő hatással van-e a hím patkányok növekedésére és viselkedésére az elválasztástól a serdülőkorig (posztnatális napok [PND] 23–45). Az eredmények azt mutatják, hogy a társadalmi és fizikai dúsulásnak a tartási körülményektől függően eltérő hatása van a fiatalkorú patkányok növekedésére és táplálkozási sebességére, valamint a mozgásszervi aktivitásra serdülőkorban.

Anyagok és metódusok

Crl: Sprague – Dawley hím patkányok (Charles River Labs, Wilmington, MA) megérkeztek a PND 23-ra, és véletlenszerűen a 6 tartási feltétel közül 1-hez sorolták őket (lásd a következő szakaszt). Minden eljárást AAALAC által akkreditált létesítményben hajtottak végre olyan gondozási és felhasználási protokoll alapján, amely követi a patkányok humánus gondozására és felhasználására vonatkozóan kidolgozott irányelveket, és amelyet a Miami Egyetem Intézményi Állatgondozási és Használati Bizottsága hagyott jóvá, amely betartja az Laboratóriumi állatok gondozása és felhasználása. 11.

Ház.

A patkányokat 12: 12-órás világos: sötét ütemben tartottuk, a lámpák 0700-kor világítottak és 1900-ban kikapcsoltak. A hőmérsékletet 19,4-23,3 ° C-on tartották, a relatív páratartalom pedig 30% és 70% között volt. Az összes patkányt ugyanabban a helyiségben helyezték el, amelyet a vizsgálati helyiségekhez csatoltak. A patkányketrecek standard polikarbonát cipősdobozos ketrecekből (9 hüvelyk × 12 hüvelyk × 16 hüvelyk) álltak, amelyek szabványos nyárfaforgács ágyazatot tartalmaznak, és mikroizolációs fedéllel vannak borítva. A patkányokat standard rágcsáló-chow-val etették (Purina 5001 Maintenance Diet, Purina Mills International, St Louis, MO).

A PND 23-ra érkezéskor a patkányokat 6 körülmények közül az egyikben helyezték el. Először ketrecenként 1 patkányként (elkülönített ház) vagy 2 vagy 3 patkányként ketrecben (szociális szállás) tartották őket. Ezen túlmenően a környezetek is eltérőek voltak. Néhány patkány gazdag környezetben élt, ahol tárgyakat helyeztek el a ketrecekben, és minden egyes ketreccserénél (heti kétszer) különböző tárgyakat forgattak be és ki. Műanyag alagutakat és golyókat, amelyekbe a patkányok be- és kiköltözhetnek, vagy amelyeken átmászhatnak, olyan tárgyak mellett használtak, amelyeket megrághattak, valamint papírfészkeket, amelyeket megkarcoltak és megrághattak. Az objektumokat szisztematikusan forgatták a ketreceken keresztül, így minden patkány esetében a későbbi kapcsolások során soha nem voltak ugyanazok a tárgyak. Más patkányok olyan környezetben éltek, ahol semmilyen tárgyat nem biztosítottak. A 6 tartási körülményt így izoláltuk/elszegényítettük (II; n = 21), izoláltuk/dúsítottuk (IE; n = 8), szociálisan/elszegényítettük 2 patkányonként ketrecben (SI2, standard tartási körülmények; n = 16), szociális/dagasztva 2 patkányonként ketrecben (SE2; n = 8), szociálisan/elszegényítve 3 patkányonként ketrecben (SI3; n = 12), és szociálisan/dúsítva ketrecenként 3 patkánnyal (SE3; n = 27).

Fiziológiai paraméterek.

Testsúly.

A testtömeget naponta mértük hétfőtől péntekig az összes csoport esetében, de egyébként a patkányokat nem kezelték az első 3 hétben. Ezt követően a patkányok mozgásszervi aktivitását naponta 1 órán át, 2 napig teszteltük a 4. és az 5. héten (lásd a következő leírást).

Táplálás.

A patkányok megérkezése és elhelyezése után a ketrecek fedelére előretöltött aliquot mennyiségeket helyeztek. A II (n = 32) és az SE3 (n = 39) patkányok által elfogyasztott táplálék mennyiségét hetente többször, körülbelül 1500-nál határoztuk meg a maradék táplálék lemérésével és az eredeti mennyiségből való levonásával. Az SE3 csoport patkányaiban egyetlen patkány által elfogyasztott táplálék mennyiségének meghatározásához a ketrecenként elfogyasztott táplálék teljes mennyiségét elosztottuk 3-mal, abból a feltételezésből kiindulva, hogy a ketrecben lévő minden patkány azonos mennyiségű ételt evett.

Az adatokat kétirányú varianciaanalízissel (ANOVA) (SuperAnova, Abacus) elemeztük, változóként a tartási körülményeket és a hetet, majd post hoc elemzéssel, a Fisher által védett legkevésbé szignifikáns különbségteszt alkalmazásával. A 0,05 alatti P értékeket szignifikánsnak tekintettük.

Mozgásszervi aktivitás tesztelése.

Az összes viselkedési tesztet a 0900 és 1700 közötti fényidőszakban végeztük, minden csoportot minden nap ugyanabban az órában teszteltünk, és a csoportokat a nap folyamán randomizáltuk. Mindegyik patkányt mozgásszervi kamrába helyeztük, és az aktivitást 1 órán át mértük egy 15 perces szoktatási periódust követően, amelynek során az aktivitást nem mértük. A patkányokat átlátszó akrilkamrákba (40,64 × 40,64 cm) helyeztük a Digiscan aktivitásmonitorok belsejében (Accuscan, Columbus, OH), amelyek infravörös fényérzékeny detektorokkal voltak felszerelve, egymástól 2,5 cm távolságra, két merőleges fal mentén. Az ellentétes falak mentén infravörös fénysugarak voltak elhelyezve, amelyek a detektorokra irányultak. A vízszintes aktivitás egy számát regisztrálták minden alkalommal, amikor az alany megszakította a sugárzást. Az aktivitást összesen 60 percig figyeltük, amelynek során 12 egymást követő 5 perces időtartam alatt mértük a nyalábtöréseket. A patkányokat 38. és 39. PND-n, majd ismét 45. és 46. PND-n teszteltük.

Az adatokat kétutas ANOVA-val (SuperAnova, Abacus) elemeztük, változóként a tartási állapotot és a tesztet, majd post hoc elemzéseket végeztük Fisher által védett legkevésbé szignifikáns különbségteszt alkalmazásával. A 0,05 alatti P értékeket szignifikánsnak tekintettük.

Eredmények

Testsúly.

A PND 23 átlagos testtömege a következő volt: 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); és SE3, 51 ± 1 g (n = 27), és ezen kezdeti testtömegek teljes ANOVA-ja azt mutatta, hogy ezek a súlyok nem különböztek szignifikánsan egymástól. A következő 4 hét során a patkányokat hétfőtől péntekig naponta lemérték, és az összes patkány naponta hízott. Az 1. ábra az átlagos súlyt mutatja a PND 23 súlyának százalékában kifejezve, hétenként a 4 hetes periódus alatt. A × napos kétutas ANOVA a csoport szignifikáns hatását mutatta (F (5750) = 67,21, P 1. ábra). A tartástól számított 24 órán belül (PND 24) az SE3 csoport súlya átlagosan 4 g-mal volt kisebb, mint a II-es csoportnál, és ez a különbség a következő néhány napban fennmaradt (1. A. ábra). PND 31-re mind a II, mind az SI2 patkányok súlya szignifikánsan nagyobb volt, mint az SE3 patkányoké, és ez a mintázat a kísérlet utolsó napjáig fennmaradt (PND 44). Ezzel szemben az SI3 és SE3 patkányok közötti súlykülönbség PND 39-ig nem volt szignifikáns, ezután az SI3 csoport szignifikánsan nagyobb súlyt tartott fenn (1. ábra C, D). Az azonos ketrecekben elhelyezett állatok súlya között nem volt szignifikáns különbség (az adatokat nem közöljük).

A patkányok testtömege (g, átlag ± SEM) különböző körülmények között, a posztnatális (PND) 23. kezdetektől kezdődően. (A) PND-k 23–27. (B) PND-k 28–34. (C) PND-k 35–41. (D) PND-k 42–46. Az adatokat a csoport átlagos testtömegének százalékában adjuk meg a PND 23-on: II, 51 ± 1 g; IE, 50 ± 1 g; SI2, 51 ± 1 g; SE2, 50 ± 1 g; SI3, 48 ± 1 g; és SE3: 51 ± 1 g. II. Elszigetelt elszegényedett tartási körülmény (azaz 1 patkány/ketrec tárgyak nélkül); SI2, szociálisan elszegényedett (2 patkány/ketrec tárgyak nélkül; intézményünk szokásos tartási feltétele); IE, izolált dúsított (1 patkány/ketrec tárgyakkal); SE2, szociálisan dúsított 2 (2 patkány/ketrec tárgyakkal); SE3, szociálisan gazdag 3 (3 patkány/ketrec tárgyakkal).

Táplálás.

A csökkent súlygyarapodás elsődleges szempontjai közé tartozik az ételért folyó verseny, a fokozott aktivitás, az anyagcsere megváltozása, a stressz, a betegség és a csökkent élelmiszer-fogyasztás. Jelen vizsgálatban minden patkány egészséges maradt, jó testállapotú, fényes szemekkel és kabátokkal a vizsgálat során. Rengeteg étel állt rendelkezésre úgy, hogy minden egyes étel pótlásakor felesleges étel volt a ketrec tetején. A csoportban tartott és a környezettel dúsított patkányok napi informális megfigyelései szerint a fényperiódusban fokozott és gyakoribb az otthoni ketrec aktivitás, mint az egyedileg tartott vagy elszegényedett patkányoknál. Az adatok arra utalnak, hogy a csökkent élelmiszer-fogyasztás legalább részben hozzájárul a súlykülönbségekhez.

Táplálás.

A testtömegenkénti táplálékfogyasztás drámai csökkenése a 3. héten következett be, és leginkább a II. Patkányokban volt észrevehető. A változás oka nem ismert, de a 3. hét az a hét, amikor a mozgásszervi aktivitást tesztelték. Talán a teszt egyfajta dúsítás volt a patkányok számára, és nagyobb hatással van az állatokra elszegényedett környezetben, mint a dúsítottakra. További vizsgálatokat kell végezni a csökkenés okának meghatározásához.

A szakirodalomból következetes következtetések levonása nehéz, mivel a csoportos elhelyezés körülményei (például a cagemáták száma és a ketrecméretek), a dúsulás mértéke (például a tárgyak típusa és száma, a dúsított idő hossza) és az életkor Tartózkodási vagy tesztelési tartomány a vizsgálatok során változik. Jelen adatok azonban arra utalnak, hogy a környezeti dúsítás csökkenti az etetést és a súlygyarapodást. Jelen eredmények azt mutatják, hogy csökken a súlygyarapodás, részben az egy patkányonkénti kevesebb táplálékfogyasztás következtében, amikor a pre-serdülő és serdülő patkányok csoportban vannak elhelyezve és dúsítva a 23 és 45 közötti PND-ket, és megegyeznek azokkal az adatokkal, amelyek azt mutatják, hogy a csoportban elhelyezett felnőtt patkányok jellemzően súlycsökkenést mutatnak. 6, 9, 10 Az adatok azt is mutatják, hogy az idő múlásával a társadalmi és környezeti tényezők közötti kölcsönhatás befolyásolja a testtömeget és az etetési viselkedést, és hogy a ketrecben lévő patkányok száma csak dúsítás jelenlétében fontos.

Mozgásszervi aktivitás.

A mozgásszervi vagy nyílt terepi aktivitás tesztelése általános módszer a szokásos neurológiai folyamatok, például a szoktatás és az adaptáció értékelésére. A környezeti dúsítás közismerten befolyásolja az agy és a sejt morfológiáját, az idegsejtek plaszticitását és a génexpressziót. 1 A mozgásszervi aktivitás csökkenése a szociálisan és a környezettel dúsított környezetben elhelyezett serdülő patkányokban összhangban áll a felnőtt patkányokban tapasztaltakkal. Például az elszegényedett környezetben élő felnőtt patkányok megnövelték a mozgásszervi aktivitást és a nevelést, míg a dúsított környezet csökkentette a feltárást és a bazális mozgásszervi aktivitást. 3, 12, 15 Továbbá, az izoláltan nevelkedett patkányok felnőtteknél több feltáró magatartást mutattak a szabadföldi tesztek során, mint a társadalmilag nevelt patkányok. 5 A csökkent szabadtér aktivitási értékeket az új környezethez és az ingerekhez való fokozott szoktatás indexeként értelmezték, és úgy gondolták, hogy tükrözik a jobb információfeldolgozást és az új környezetekhez való alkalmazkodást. 14., 15. Ezért a jelenlegi adatok kiterjesztik a felnőtt patkányokon végzett korábbi vizsgálatok eredményeit serdülő patkányokra, és azt mutatják, hogy a tartási körülmények hatásai gyorsan jelentkeznek (jelen esetben a tartás 2 hete alatt).

További kutatásokra van szükség a csoportos elhelyezés és a gazdagított környezet hosszú távú hatásainak felméréséhez. A jelenlegi tanulmányban úgy tűnik, hogy a dúsított környezet nagyobb hatással van a testsúly változására, mint a csoportos elhelyezés. E változók kölcsönhatása azonban valószínűleg fontosabb, mert jobban tükrözi a társadalmi patkányok és az emberek tényleges helyzetét. Kérdések maradnak arról, hogy vannak-e anyagcsere-különbségek a különböző módon elhelyezett patkányok között, és hogy az élelmiszer-fogyasztási különbségek teljes mértékben figyelembe veszik-e a súlyváltozásokat. Az ilyen adatok az optimális rágcsálók elhelyezésének és gondozásának környezeti feltételeinek biztosítása mellett arra utalnak, hogy mind a szociális, mind a fizikai környezet fontos tényező a fejlődésben. Ezen túlmenően körültekintően kell eljárni a környezeti dúsítási stratégiák rágcsálókon történő alkalmazásakor, mivel az előre nem látható változók megváltoztathatják vagy növelhetik a kísérleti eredmények változatosságát és reprodukálhatóságát. Bármely hatás, amely növeli az adatok változékonyságát, több patkány alkalmazását eredményezi. 16 Kísérleti tanulmányok ajánlása annak meghatározása érdekében, hogy a rágcsálók tartási körülményeinek megváltoztatása során a kísérletek során vagy között létrejönnek-e különbségek az eredmények között.

Köszönetnyilvánítás

Ezt a munkát a Nemzeti Kábítószer-visszaélési Intézet támogatta (DA 015119 és DA 024584 támogatások).