Systematisk utvärdering av välbefinnande hos möss för förfaranden med allmän anestesi
Summary
Vi utvecklade ett protokoll för att bedöma välbefinnande hos möss under förfaranden med narkos. En serie av beteendemässiga parametrar som anger nivåer av välbefinnande samt glukokortikoid metaboliter analyserades. Protokollet kan fungera som ett allmänt stöd att uppskatta graden av svårighetsgraden i en vetenskaplig, djur-centrerad sätt.
Abstract
I linje med de 3R principen (Replacement, minskning, förfining) utvecklat av Russel och Burch, bör vetenskaplig forskning använda alternativ till djurförsök när det är möjligt. När det finns inget alternativ till djurförsök, bör det totala antalet försöksdjur som används vara ett minimum som krävs för att få värdefulla data. Dessutom bör lämpliga förfining åtgärder vidtas för att minimera smärta, lidande och ångest som åtföljer det experimentella förfarandet. De kategorier som används för att klassificera graden av smärta, lidande och ångest är icke-återvinning, mild, måttlig eller svår (EU direktiv 2010/63). För att bestämma vilka kategorier tillämpas i enskilda fall, är det viktigt att använda vetenskapligt verktyg.
Protokollet brunn-vara-bedömning som presenteras här är utformad för förfaranden som används för narkos. Protokollet fokuserar på buren aktivitet, mus grimas skala och lyx beteenden såsom grävande och bygger beteende som indikatorer för välbefinnande boet. Den använder också gratis förberedande paradigm för drag ångest-relaterade beteenden. Fekal kortikosteron metaboliter som indikatorer på akut stress mäts under perioden 24-h efter narkos.
Protokollet ger vetenskapligt solid information om välbefinnandet hos möss efter narkos. Tack vare sin enkelhet, kan protokollet enkelt anpassas och integreras i en planerad studie. Även om det inte ger en skala för att klassificera nöd i kategorier enligt de EU-direktiv 2010/63, kan det hjälpa forskarna att uppskatta graden av svårighetsgraden av en procedur med vetenskapligt korrekta data. Det ger ett sätt att förbättra bedömningen av välbefinnande på ett sätt som vetenskapliga, djur-centrerad.
Introduction
EU: S direktiv 2010/631 föreskrivs att den 3R-principen (ersättning, begränsning, förfining) som utvecklats av Russel och Burch2 tillämpas närhelst djurförsök är nödvändigt. Det yttersta målet för EU-direktivet är att fasa ut alla djurförsök, men direktivet erkänner att, för närvarande vissa djurförsök fortfarande behövs för att bedriva forskning som kommer att skydda människors och djurs hälsa. Således, om ett djurförsök inte kan ersättas med någon alternativ metod, är bara det minsta antalet försöksdjur som används för att få tillförlitliga resultat. Dessutom ska mängden smärta, lidande och ångest som åtföljer experimentella rutiner minimeras genom att använda lämpliga förfining. EU: S direktiv 2010/63 föreskrivs att svårighetsgraden av ett förfarande prospektivt måste klassificeras som icke-recovery, mild, måttlig eller svår1. Som svårighetsgrad klassificering avgörs på grundval av fall, är det viktigt att ha vetenskapligt verktyg att uppskatta svårighetsgraden av ett visst förfarande.
Poäng ark som föreslagits av Morton och Griffith3 är ett viktigt verktyg för att upptäcka eventuella avvikelser från normal status, inklusive negativa effekter på välbefinnande4. Poäng ark används för att efterhand bestämma smärta, lidande, och ångest som orsakas av ett experiment och fokus på synliga förändringar i det fysiska tillståndet av enskilda djur (t.ex., kroppsvikt, päls, gånganalys). Även om, bilaga VIII i EU: S direktiv 2010/63 ger exempel på varje kategori i svårighetsgrad, forskare fortfarande saknar verktyg för att uppskatta graden av svårighetsgraden av en given procedur med vetenskapligt baserade data.
Avsaknad av indikatorer som visar negativ välbefinnande är inte det enda sättet att avgöra tillstånd för djuret. förekomsten av indikatorer pekar på positiv välbefinnande är också viktiga5,6,7,8. Till exempel djur Visa lyx beteenden som grävande och kapsla byggnad beteende endast när alla deras grundläggande behov är uppfyllda. Om välbefinnande minskas, är lyx beteenden först att minska5,7. Protokoll som ska användas vid bedömningen av välbefinnande bör omfatta indikatorer pekar på den fysiska, fysiologiska/biokemiska och psykologiska tillstånd av djur för att utvärdera deras välbefinnande i en detaljerad och omfattande sätt9.
Inom ramen för förfining utvecklades ett protokoll att uppfylla dessa krav och bedöma effekterna av ett förfarande som inbegriper narkos på välbefinnande av möss10. Samtidigt var målet att minimera ytterligare stress för att aktivera enkel integrering av protokollet i en given experiment. Protokollet anser grävande beteende, buren beteende som aktivitet, födointag och kapsling och drag ångest-relaterade beteenden. Det innehåller dessutom mus grimas skala (MGS) och icke-invasiv analysen av kortikosteron metaboliter i avföring. Protokollet syftar till att underlätta bedömningen av välbefinnande på ett vetenskapligt och djur-centrerad sätt och ge information om välbefinnande som stöder klassificering av graden av svårighetsgrad. Förutom Poäng ark, kan det ge användbar information för allvarlighetsgrad klassificering av ett förfarande. Eftersom protokollet är lätt att genomföra och kräver ingen omfattande utrustning, kan det integreras i ett pågående experiment utan att påverka resultaten av en studie. Det bör noteras att djuret forskningen: rapportering av i Vivo experiment (ankomst) riktlinje11 är att observeras i alla studier som involverar djurförsök, med målet att förbättra design, analys och rapportering.
Protocol
Representative Results
Discussion
Protokollet utvecklades ursprungligen för att bedöma välbefinnande C57BL/6JRj möss som fick antingen en enda anestesi eller upprepade isofluran anestesi. Resultaten bekräftar att tester av lyx beteenden, liksom andra åtgärder (t.ex. gratis förberedande paradigmen, MGS, hålhäckande födointag) var känsliga metoder för bedömning av välbefinnande. Upprepade isofluran anestesi orsakade kortsiktiga effekter på drag ångest-relaterade beteenden, MGS och hålhäckande beteende. Dessutom föreföll upprep…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Tack vare Sabine Jacobs bistå med provsamlingen, Edith Klobetz-Rassam för analys av FCM, PD Dr. med. vet. Hollander. Roswitha Merle bistå med statistisk analys och Wiebke Gentner för korrekturläsning manuskriptet. Studien är en del av den Berlin-Brandenburg forskningsplattformen BB3R (www.bb3r.de) och finansierades av den tyska federala ministeriet för utbildning och forskning (bevilja nummer: 031A262A) (www.bmbf.de/en/index.html).
Materials
| Isofluran | CP-Pharma Handelsgesellschaft mbH | 1214 | |
| InfraMot – Sensore Units | TSE Systems | 302015-SENS | |
| InfraMot – Control Units | TSE Systems | 302015-C/16 | |
| InfraMot – Software | TSE Systems | 302015-S | |
| Nestlet N | Ancare – Plexx | NES3600 | |
| Camera EOS 350D | Canon |
Riferimenti
- 2010 EU. Directive 2010/63/EU. Official Journal of the European Union. , (2010).
- Russell, W. M. S., Burch, R. . The principles of humane experimental technique. , (1959).
- Morton, D. B., Griffiths, P. H. Guidelines on the recognition of pain, distress and discomfort in experimental animals and an hypothesis for assessment. Vet Rec. 116 (16), 431-436 (1985).
- Bugnon, P., Heimann, M., Thallmair, M. What the literature tells us about score sheet design. Lab Anim. 50 (6), 414-417 (2016).
- Boissy, A., et al. Assessment of positive emotions in animals to improve their welfare. Physiol Behav. 92 (3), 375-397 (2007).
- Arras, M., Rettich, A., Cinelli, P., Kasermann, H. P., Burki, K. Assessment of post-laparotomy pain in laboratory mice by telemetric recording of heart rate and heart rate variability. BMC Vet Res. 3, 16 (2007).
- Jirkof, P. Burrowing and nest building behavior as indicators of well-being in mice. J Neurosci Methods. 234, 139-146 (2014).
- Jirkof, P., et al. Burrowing behavior as an indicator of post-laparotomy pain in mice. Front Behav Neurosci. 4, 165 (2010).
- Hawkins, P., et al. A guide to defining and implementing protocols for the welfare assessment of laboratory animals: eleventh report of the BVAAWF/FRAME/RSPCA/UFAW Joint Working Group on Refinement. Lab Anim. 45 (1), 1-13 (2011).
- Hohlbaum, K., Bert, B., Dietze, S., Palme, R., Fink, H., Thöne-Reineke, C. Severity classification of repeated isoflurane anesthesia in C57BL/6JRj mice-Assessing the degree of distress. PLoS ONE. 12 (6), e0179588 (2017).
- Kilkenny, C., Browne, W. J., Cuthill, I. C., Emerson, M., Altman, D. G. Improving bioscience research reporting: the ARRIVE guidelines for reporting animal research. PLoS Biol. 8 (6), e1000412 (2010).
- Hurst, J. L., West, R. S. Taming anxiety in laboratory mice. Nat Methods. 7 (10), 825-826 (2010).
- Langford, D. J., et al. Coding of facial expressions of pain in the laboratory mouse. Nat Methods. 7 (6), 447-449 (2010).
- Deacon, R. M. Assessing nest building in mice. Nat Protoc. 1 (3), 1117-1119 (2006).
- Deacon, R. M., Raley, J. M., Perry, V. H., Rawlins, J. N. Burrowing into prion disease. Neuroreport. 12 (9), 2053-2057 (2001).
- Deacon, R. M. Burrowing in rodents: a sensitive method for detecting behavioral dysfunction. Nat Protoc. 1 (1), 118-121 (2006).
- Palme, R., Touma, C., Arias, N., Dominchin, M. F., Lepschy, M. Steroid extraction: get the best out of faecal samples. Wien Tierarz Monats. 100 (9-10), 238-246 (2013).
- Touma, C., Palme, R., Sachser, N. Analyzing corticosterone metabolites in fecal samples of mice: a noninvasive technique to monitor stress hormones. Horm Behav. 45 (1), 10-22 (2004).
- Touma, C., Sachser, N., Mostl, E., Palme, R. Effects of sex and time of day on metabolism and excretion of corticosterone in urine and feces of mice. Gen Comp Endocrinol. 130 (3), 267-278 (2003).
- Bert, B., Schmidt, N., Voigt, J. P., Fink, H., Rex, A. Evaluation of cage leaving behaviour in rats as a free choice paradigm. J Pharmacol Toxicol Methods. 68 (2), 240-249 (2013).
- Lister, R. G. Ethologically-based animal models of anxiety disorders. Pharmacol Ther. 46 (3), 321-340 (1990).
- Belzung, C., Berton, F. Further pharmacological validation of the BALB/c neophobia in the free exploratory paradigm as an animal model of trait anxiety. Behav Pharmacol. 8 (6-7), 541-548 (1997).
- Finlayson, K., Lampe, J. F., Hintze, S., Wurbel, H., Melotti, L. Facial indicators of positive emotions in rats. PLoS ONE. 11 (11), e0166446 (2016).
- Miller, A., Kitson, G., Skalkoyannis, B., Leach, M. The effect of isoflurane anaesthesia and buprenorphine on the mouse grimace scale and behaviour in CBA and DBA/2 mice. Appl Anim Behav Sci. 172, 58-62 (2015).
- Miller, A. L., Golledge, H. D., Leach, M. C. The influence of isoflurane anaesthesia on the rat grimace scale. PLoS ONE. 11 (11), e0166652 (2016).
- Deacon, R. Assessing burrowing, nest construction, and hoarding in mice. J Vis Exp. (59), e2607 (2012).
- Felton, L. M., Cunningham, C., Rankine, E. L., Waters, S., Boche, D., Perry, V. H. MCP-1 and murine prion disease: separation of early behavioural dysfunction from overt clinical disease. Neurobiol Dis. 20 (2), 283-295 (2005).
- Deacon, R. M., Croucher, A., Rawlins, J. N. Hippocampal cytotoxic lesion effects on species-typical behaviours in mice. Behav Brain Res. 132 (2), 203-213 (2002).
- Filali, M., Lalonde, R., Rivest, S. Subchronic memantine administration on spatial learning, exploratory activity, and nest-building in an APP/PS1 mouse model of Alzheimer’s disease. Neuropharmacology. 60 (6), 930-936 (2011).
- Guenther, K., Deacon, R. M., Perry, V. H., Rawlins, J. N. Early behavioural changes in scrapie-affected mice and the influence of dapsone. Eur J Neurosci. 14 (2), 401-409 (2001).
- Deacon, R. M., Reisel, D., Perry, V. H., Nicholas, J., Rawlins, P. Hippocampal scrapie infection impairs operant DRL performance in mice. Behav Brain Res. 157 (1), 99-105 (2005).
- Jirkof, P., et al. Assessment of postsurgical distress and pain in laboratory mice by nest complexity scoring. Lab Anim. 47 (3), 153-161 (2013).
- Atanasov, N. A., Sargent, J. L., Parmigiani, J. P., Palme, R., Diggs, H. E. Characterization of train-induced vibration and its effect on fecal corticosterone metabolites in mice. J Am Assoc Lab Anim Sci. 54 (6), 737-744 (2015).
- Voigt, C. C., et al. Hormonal stress response of laboratory mice to conventional and minimally invasive bleeding techniques. Anim Welf. 22 (4), 449-455 (2013).
- Walker, M. K., et al. A less stressful alternative to oral gavage for pharmacological and toxicological studies in mice. Toxicol Appl Pharmacol. 260 (1), 65-69 (2012).
- Miyashita, T., et al. Social stress increases biopyrrins, oxidative metabolites of bilirubin, in mouse urine. Biochem Biophys Res Commun. 349 (2), 775-780 (2006).
- Bains, R. S., et al. Analysis of individual mouse activity in group housed animals of different inbred strains using a novel automated home cage analysis system. Front Behav Neurosci. 10 (106), (2016).
- Saibaba, P., Sales, G. D., Stodulski, G., Hau, J. Behaviour of rats in their home cages: daytime variations and effects of routine husbandry procedures analysed by time sampling techniques. Lab Anim. 30 (1), 13-21 (1996).
