Summary

Fækal Glukokortikoid Analyse: Non-invasive Adrenal Overvågning i dyr fra hestefamilien

Published: April 25, 2016
doi:

Summary

Adrenal activity can be assessed in the equine species by analysis of feces for corticosterone metabolites. The method offers a non-invasive option to assess long term patterns in both domestic and free ranging horses. This protocol describes the enzyme linked immunoassay involved and the associated biochemical validation.

Abstract

Adrenal activity can be assessed in the equine species by analysis of feces for corticosterone metabolites. During a potentially aversive situation, corticotrophin releasing hormone (CRH) is released from the hypothalamus in the brain. This stimulates the release of adrenocorticotrophic hormone (ACTH) from the pituitary gland, which in turn stimulates release of glucocorticoids from the adrenal gland. In horses the glucocorticoid corticosterone is responsible for several adaptations needed to support equine flight behaviour and subsequent removal from the aversive situation. Corticosterone metabolites can be detected in the feces of horses and assessment offers a non-invasive option to evaluate long term patterns of adrenal activity. Fecal assessment offers advantages over other techniques that monitor adrenal activity including blood plasma and saliva analysis. The non-invasive nature of the method avoids sampling stress which can confound results. It also allows the opportunity for repeated sampling over time and is ideal for studies in free ranging horses. This protocol describes the enzyme linked immunoassay (EIA) used to assess feces for corticosterone, in addition to the associated biochemical validation.

Introduction

Fremgangsmåden beskrevet formål at analysere corticosteron koncentrationer i heste afføring for at tilvejebringe en ikke-invasiv vurdering af adrenal aktivitet. Måling hypothalamus-hypofyse-binyre (HPA) aksen aktivitet er en accepteret metode til at studere reaktion på potentielt afskrækningsmiddel situationer i både i fangenskab og tamdyr. Henvisningen teknik og den mest anvendte metode er brugen af blodplasma 1 har imidlertid alternative metoder såsom fækalt analyse blevet udviklet for at overvinde stress induceret af blodprøveudtagning selv og tillade muligheden for at overvåge fritgående arter.

Under et afskrækningsmiddel situation er fysiologisk homøostase forstyrret. Hypothalamus i hjernen frigiver corticotrophin frigørende hormon (CRH), som virker på den forreste hypofyse og stimulerer frigivelsen af ​​adrenokortikotropt hormon (ACTH). ACTH ind i blodbanen og stimulerer binyrebarken til at udskille specieDette findes specifikke glukokortikoider (GC). Glukokortikoider er tæt knyttet til stressende begivenheder snarere end at blive konsekvent fremstilles i alle energirelaterede øget stater de er derfor ofte målt i præference frem for andre stress forbundet hormoner 2. Glukokortikoider er ansvarlig for flere adaptive effekter i heste. Energi er hurtigt mobiliseres fra opbevaringssteder i kroppen i form af fedtsyrer og glucose, er iltoptagelse øges, sensorisk funktion er forbedret 3 og blodgennemstrømningen er reduceret til områder, der ikke er nødvendige bevægelse 4 for. Samt at fungere som en coping mekanisme, kan stress inducerede stigning i Glukokortikoider også bidrage til at forberede dyret til næste stressor fem.

Vurdere hormon niveauer i plasmaet og spyttet involverer måling af faktiske cirkulerende hormon dog måle metabolitterne i fæces foranstaltninger den metaboliske slutprodukt af hormonet. Cirkulerende steroider kataboliseres i lIver før udskillelse i til galden, hvor de gennemgår yderligere ændringer lettes af de enzymatiske aktiviteter af bakterieflora i tarmsystemet spor 6. Derfor kan immunoassays rettet mod blod glukokortikoider ikke være egnet til analyse af fækale glukokortikoid metabolitter 7.

Som fækalt samling kan udføres uden forstyrrelse af hesten, analyse af afføring for corticosteron, er blevet anvendt i vid udstrækning til at overvåge HPA-aktivitet i en række omstændigheder. Forhøjede corticosteron i fæces af heste er blevet rapporteret som reaktion på potentielt afskrækningsmiddel situationer, herunder ved postoperativ dyrlægebehandling 8 og i restriktiv hus 9. Fækal sampling afspejler et pooled glukokortikoid niveau over tid snarere end det tidspunkt, prøveudtagning, der tilbydes af plasma og spyt gør det hensigtsmæssigt, at overvågning af langsigtet, kroniske eller sæsonbestemte mønstre 10. På grund af den ikke-invasivkarakter af fremgangsmåden kan indsamles prøver gentagne gange for en individuel uden behov for indfangning eller fastholdelsesanordning 11. Dog skal der tages artsspecifik gut transittid i betragtning, når man planlægger en prøvetagningsprotokol. Hos heste gut transittiden er omkring 18 timer 12 derfor kan detekteres adrenal respons og efterfølgende corticosteron metabolitter i fæces én dag efter første aktivering af HPA-akse.

Når der anvendes ikke-invasive immunoassayteknikker er afgørende 13 en omhyggelig validering for de arter, der undersøges. Desuden har kønsforskelle i hormon metabolitudskillelse blevet rapporteret sandsynligvis på grund af forskelle i metabolisk hastighed og typen af corticosteron metabolit udskilles i forskellige arter, herunder mus 14 og høns 15. Det var derfor vigtigt som en del af denne metode, at analysen er valideret til brug i både mandlige og kvindelige indenlandske heste som er detaljeret i the-protokollen. Denne forskel i hormon stofskifte mellem kønnene har konsekvenser for datakvalitet men det er sjældent rettet til, og indgår som en del af analysen validering.

Denne ikke-invasiv metode giver udtryk vurdering af adrenal aktivitet længe i indenlandske heste. Detaljerne protokol både validering af analysen og analysen teknik selv.

Protocol

Etik erklæring: procedurer, der involverer prøveudtagning og dyr felt fag er blevet godkendt af School of Animal, landdistrikter og Environmental Science (ARES) ved Nottingham Trent University. 1. Indsamling af fækale prøver BEMÆRK: Handsker skal anvendes ved håndtering fækale prøver og methanol. Hvis der er en stærk mistanke om, at et dyr kan blive ramt af en zoonotisk sygdom, beskyttelsesbeklædning såsom en lab coat, bør også være slidt. Saml de fækale prøver så hurtigt som …

Representative Results

Indenlandske heste (n = 16, 8 hopper, 8 vallakker) med en gennemsnitsalder på 15 år (± 3), blev grupperet efter køn og udsat for fire boliger designs med stigende niveauer af social isolation (n = 4 hest / behandling). Boliger en involveret heste, der lever i en besætning miljø, tæt simulerer deres naturlige habitat. Boliger 2 involveret heste lever i par i et indendørs stald. Boliger 3 involverede heste opstaldet alene i stalde, men med visuel kontakt til andre heste og boliger …

Discussion

Fækal corticosteron analyse giver et middel til at vurdere langsigtede mønstre af adrenal aktivitet i heste. Den ikke-invasive karakter af metoden overvinder forstyrrende virkninger af andre prøvetagningsmetoder anvendes til at vurdere adrenal aktivitet, herunder spyt og plasma-analyse 9. Derudover har teknikken en klar ikke-invasiv fordel, hvis studere fritgående heste.

Der er flere vigtige punkter at diskutere vedrørende denne metode og dens hensigtsmæssig brug. Et kritisk…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Funding for the production of this manuscript was provided by Nottingham Trent University. The authors wish to thank the University yard manager, Anna Gregory for the use of her horses and provision of fecal samples for use in the protocol. Thanks also to Chester Zoo Wildlife Endocrinology Laboratory for use of their facilities.

Materials

Corticosterone antibody & HRP kit Coralie Munro – UC Davis NA No longer available through UC Davis – please see Arbor Assays
Cortisol antibody & HRP kit Coralie Munro – UC Davis NA No longer available through UC Davis – please see Arbor Assays
Corticosterone synthetic standard hormone Sigma Aldrich 50-23-7 Harnful if ingested or with skin contact. Use in fume cupboard
Cortisol synthetic standard hormone Sigma Aldrich 15087-01-1 Harnful if ingested or with skin contact. Use in fume cupboard
Methanol Sigma Aldrich 67-56-1 Irritant. Use in fume cupboard
Sodium Bicarbonate Sigma Aldrich 144-55-8 Irritant
Sodium Carbonate Anhydrous Sigma Aldrich 497-19-8 Irritant
Sodium Phosphate Dibasic Sigma Aldrich 7558-79-4 Irritant
Sodium Phosphate Monobasic Sigma Aldrich 10049-21-5 Irritant
BSA Sigma Aldrich 9048-46-8 Irritant
Tween 20 Sigma Aldrich 9005-64-5 Irritant
Citric Acid Sigma Aldrich 77-92-9 Irritant
ABTS Sigma Aldrich 30931-67-0 Irritant
Hydrogen Peroxide 30% Sigma Aldrich 7722-84-1 Irritant
Sodium Chloride Sigma Aldrich 7647-14-5 Irritant
Buffer capsules – pH 4 VWR 332732B
Buffer capsules – pH 7 VWR 332742D
Buffer capsules – pH 10 VWR 332762H
Hydrochloric Acid Sigma Aldrich 435570 Irritant. Use in fume cupboard
Sodium Hydroxide Sigma Aldrich S5881 Irritant
Analytical balance Fisher Scientific BFS-525-010A
Air compressor
Centrifuge
Computer +printer
fridge-freezer
Drying apparatus
+tubing
Flammable liquid storagecabinet VWR 649-002
Fume cupboard
Hot-plate stirrer VWR 640-282
Microplate reader VWR
Microplate washer VWR
pH meter VWR
Eppendorf Research® pipettes – multipack option 2 VWR
Pipette – 1000ul VWR
Pipette – 200ul VWR
Pipette – 20ul VWR
Repeater pipette VWR
Pipette filler VWR
Orbital shaker Progen Scientific
Sonicator Hilsonic
Vortex VWR
Warm water bath
Water purification system Millipore

References

  1. Mormède, P., et al. Exploration of the hypothalamic-pituitary-adrenal function as a tool to evaluate animal welfare. Physiology and Behaviour. 92 (3), 317-339 (2007).
  2. Lane, J. Can non-invasive glucocorticoid measures be used as reliable indicators of stress in animals?. Animal Welfare. 15 (4), 331-342 (2006).
  3. Morgan, K. N., Tromborg, C. T. Sources of stress in captivity. Applied Animal Behaviour Science. 102, 262-302 (2007).
  4. Nelson, R. J. . An introduction to behavioural endocrinology (3rd Ed). , 670-671 (2005).
  5. Sapolsky, R. M., Romero, L. M., Munck, A. U. How Do Glucocorticoids Influence Stress Responses? Integrating Permissive, Suppressive, Stimulatory, and Preparative Actions. Endocrine Reviews. 21 (1), 55-89 (2000).
  6. Macdonald, K. M., Macdonald, I. A., Bokkenheuser, V. D., Winter, J., McLernon, A. M., Mosbach, E. H. Degradation of steroids in the human gut. Journal of Lipid Research. 24, 675-700 (1983).
  7. Young, K. M., et al. Non-invasive monitoring of adrenocortical activity in carnivores by fecal glucocorticoid analysis. General and Comparative Endocrinology. 137, 148-165 (2004).
  8. Merl, S., Scherzer, S., Palme, R., Mostl, E. Pain causes increased concentrations of glucocorticoid metabolites in horse faeces. Journal of Equine Veterinary Science. 20, 586-590 (2000).
  9. Yarnell, K., Hall, C., Royle, C., Walker, S. L. Domesticated horses differ in their behavioural and physiological responses to isolated and group housing. Physiology and Behaviour. 143, 51-57 (2015).
  10. Wielebnowski, N., Watters, J. Applying fecal endocrine monitoring to conservation and behaviour studies of wild mammals: important considerations and preliminary tests. Israel journal of ecology and evolution. 53, 439-460 (2007).
  11. Palme, R. Measuring fecal steroids: guidelines for a practical application. Annals of the New York Academy of Sciences. 1046, 75-80 (2005).
  12. Uden, P., Rounsaville, G. R., Wiggans, G. R., Van Soest, P. J. The measurement of liquid and solid digesta retention in ruminants, equines and rabbits given timothy hay. British Journal of Nutrition. 48, 329-339 (1982).
  13. Goymann, W. Non-invasive monitoring of hormones in bird droppings: biological validations, sampling, extraction, sex differences and the influence of diet on hormone metabolite levels. Annals of the New York Academy of Sciences. 1046, 35-53 (2005).
  14. 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. General and comparative Endocrinology. 130, 267-278 (2003).
  15. Rattenbacher, S., Mostl, E., Hackl, R., Ghareeb, K., Palme, R. Measurement of corticosterone metabolites in chicken droppings. British Poultry Science. 45, 704-711 (2004).
  16. Yarnell, K., Hall, C., Billett, E. An assessment of the aversive nature of an animal management procedure using behavioural and physiological measures. Physiology & Behaviour. 118, 32-39 (2013).
  17. Goymann, W. On the use of non-invasive hormone research in uncontrolled, natural environments: the problem with sex, diet, metabolic rate and the individual. Methods in Ecology and Evolution. 3, 757-765 (2012).
  18. Sheriff, M. J., Dantzer, B., Delehanty, B., Palme, R., Boonstra, R. Measuring stress in wildlife: techniques for quantifying glucocorticoids. Oecologia. 166, 614-619 (2011).
  19. Watson, R., Munro, C. J., Edwards, K. L., Norton, V., Brown, J. L., Walker, S. L. Development of a versatile enzyme immunoassay for non-invasive assessment of glucocorticoid metabolites in a diversity of taxonomic species. General Comparative Endocrinology. 186, 16-24 (2013).
  20. Touma, C., Palme, R. Measuring fecal glucocorticoid metabolites in mammals and birds: the importance of validation. Annals of the New York Academy of Sciences. 1046, 54-74 (2005).
  21. Millspaugh, J. J., Washburn, B. E. Use of fecal glucocorticoid metabolite measures in conservation biology research: considerations for application and interpretation. General and Comparative Endocrinology. 138, 189-199 (2004).
check_url/53479?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Yarnell, K., Purcell, R. S., Walker, S. L. Fecal Glucocorticoid Analysis: Non-invasive Adrenal Monitoring in Equids. J. Vis. Exp. (110), e53479, doi:10.3791/53479 (2016).

View Video