Estudio neurofisilógico del estrés y el enriquecimiento ambiental en ganado porcino

Abstract

Los sistemas de producción porcina modernos, encarados a la reducción de costes y aumento de productividad, han propiciado una pérdida de bienestar animal. Son conocidos los múltiples factores que pueden provocar estrés y/o pérdida de bienestar en la producción porcina, como la restricción alimentaria, condiciones ambientales adversas y el manejo. La legislación ha avanzado en los últimos años para establecer las condiciones de cría, alojamiento, transporte y sacrificio que garanticen un bienestar animal aceptable. Las metodologías más usadas para medir el estrés y bienestar animal son observaciones conductuales y biomarcadores en suero que se ven alterados en la respuesta al estrés. Estas determinaciones tienen limitaciones, y no existe ningún criterio suficientemente objetivo ni específico para evaluar el estrés. Por otro lado, se desconoce hasta qué punto se ve alterado el patrón neuroquímico cerebral de respuesta al estrés. Conocer estas variaciones sería el paradigma que permitiría caracterizar esta respuesta. Por ello, en este trabajo, aparte de evaluar los marcadores tradicionales en el suero bajo diferentes condiciones de alojamiento, estrés y/o características de los cerdos, se evalúan los neurotransmisores y otros parámetros en el sistema nervioso central (SNC). Las vías neuronales que controlan la respuesta al estrés, miedo, agresión, emoción, entre otras conductas, incumben regiones cerebrales específicas como la amígdala, el hipocampo o la corteza prefrontal, que procesan información de estímulos externos e internos, y organizan la respuesta autónoma mediante la regulación del eje hipotálamo-pituitario-adrenal. Este trabajo consta de 4 capítulos en los que se analizan posibles factores estresantes: la susceptibilidad al estrés causada por el genotipo halotano, combinado con distinto sexo; el estrés por manejo, combinado con la respuesta al miedo; el estrés por transporte combinado con condiciones de alojamiento de interior/exterior y condiciones de alojamiento de interior/exterior y alojamiento en condiciones de enriquecimiento o empobrecimiento ambiental. Las diferencias observadas en los marcadores séricos causadas por las condiciones de estudio son muy variables, pero algunas variaciones en sus niveles se pueden asociar a las distintas condiciones de cría, sacrificio y características de los animales. Tradicionalmente el sistema noradrenérgico en el locus cerúleo ha sido relacionado con la respuesta al estrés, pero los sistemas dopaminérgico y serotoninérgico también están consistentemente implicados. Leves alteraciones de la vía serotoninérgica se relacionan con el estrés por manejo y un fenotipo miedoso ante estímulos externos. Por otro lado, el estrés por transporte largo activa las vías dopaminérgica mesocorticolímbica y noradrenérgica hacia la corteza prefrontal. El análisis de otros marcadores moleculares de estrés, como el factor neurotrófico BDNF, c-Fos y ERK1/2 también sugieren este efecto del estrés por transporte en los circuitos neuronales. El alojamiento en el exterior no confiere grandes cambios en las vías de neurotransmisores estudiadas, pero sugiere distinta capacidad de hacer frente al estrés por transporte; y el empobrecimiento ambiental provoca la activación de las vías dopaminérgica y noradrenérgica en varias regiones corticolímbicas. Mediante herramientas proteómicas se determinó la expresión diferencial de proteínas en hipocampo en enriquecimiental, que evidenció cambios en actividad neuronal. En sinergia con lo observado en los niveles de neurotransmisores, se sugiere un efecto directo de las condiciones de alojamiento sobre regiones del SNC involucradas en control de emociones y estrés. Todo ello sugiere la especificidad de la respuesta al estrés, según la percepción del individuo, el tipo y la intensidad del estresor, y el efecto de las condiciones de alojamiento sobre el SNC, indicando la necesidad de continuar mejorando las condiciones de cría, manejo, transporte y sacrificio de los animales de producción para garantizar el mayor bienestar y el menor estrés posible. También, es necesario profundizar en el conocimiento de la evaluación laboratorial y el conocimiento molecular de estos procesos.

Modern pig husbandry, focused on reducing costs and increasing productivity, has led to a loss of animal welfare. There are multiple factors known to cause stress and/or loss of welfare in porcine production, such as food restriction, adverse environmental conditions and management. Legislation has advanced in recent years to establish breeding, housing, transport and slaughter conditions that guarantee acceptable animal welfare. Classical methodologies for measuring stress and animal welfare are behavioral observations and serum biomarkers that are altered in the stress response. These techniques have limitations, and they are not objective and specific enough to assess stress. On the other hand, it is not known how the brain neurochemical pattern of response to stress is altered. Unravel these variations would be the paradigm for the characterization of this response. Therefore, in this work, besides evaluating the traditional markers in the serum under different housing conditions, stress and/or pig characteristics, neurotransmitters and other parameters in the central nervous system (CNS) are evaluated. Neural pathways that control the response to stress, fear, aggression, emotion, and other behaviors include specific brain regions such as the amygdala, hippocampus or prefrontal cortex, which process information from external and internal stimuli, and organize the autonomous response by regulation of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis. This work consists of 4 chapters analyzing different possible stressors: susceptibility to stress caused by the halothane genotype, combined with different sex; management stress, combined with response to fear; transport stress combined with indoor/outdoor housing and enriched housing conditions. Differences observed in serum biomarkers caused by these conditions are very variable, but some variations in their levels may be associated with the different conditions of breeding, slaughter and characteristics of the animals. Traditionally the noradrenergic system has been related to the stress response, but the dopaminergic and serotonergic systems are also consistently involved. Mild alterations of the serotonergic pathway are related to management stress and a fearful phenotype to external stimuli. On the other hand, long transport stress activates the mesocorticolimbic and noradrenergic dopaminergic pathways towards the prefrontal cortex. Analysis of other molecular markers of stress, such as the neurotrophic factor BDNF, c-Fos and ERK1/2 also suggest this effect of transport stress on neural networks. Outdoor housing does not confer great changes in the neurotransmitter pathways, but suggests a different capacity to cope with transport stress; and barren housing conditions causes the activation of the dopaminergic and noradrenergic pathways in several corticolimbic regions. Proteomic tools were used to determine the differential expression of proteins in the hippocampus between two different housing conditions (enriched and barren), suggesting changes in neuronal activity. In synergy with what is observed at neurotransmitter levels, a direct effect of housing conditions on CNS regions involved in emotion and stress management is suggested. All these results suggest the specificity of the stress response according to the individual trait, the type and the intensity of the stressor, and the effect of the housing conditions on the CNS, indicating the need to continue improving the conditions of breeding, transport and slaughter of farm animals to ensure the highest welfare and least stress. Also, it is necessary to improve the understanding of the laboratory evaluation and the molecular basis of these processes.